文摘
细胞色素P450酶是一类金属负责电子转移在一个广泛的反应包括内源性和外源性底物的代谢生物转化。细胞色素P450超家族,由科和亚科的特点是一个特定的结构和底物特异性。细胞色素P450家庭1 (CYP1s)发挥独特作用药物的代谢和化学前致癌物。近几十年来,这些hemoproteins已经深入研究了使用计算方法已被最近开发非常在药物设计过程中使用的虚拟筛选化合物以找到代理所需的属性。此外,蛋白质和配体的分子建模对接他们活跃的网站提供了一个洞察酶作用的机制,使我们能够预测药物代谢的网站。复习了知识的当前状态使用的计算方法研究ligand-enzyme CYP1s交互。研究代谢的底物和抑制剂CYP1s和选择性的行动是特别有价值的从癌症化学预防的角度,化疗,药物之间的相互作用。
1。介绍
在过去的十年中,感兴趣的使用计算方法在临床前药物发现不断增长。基于结构的药物设计的可用性(SBDD)成为可能,由于x光受体的结构和分子建模方法的发展。合并后的技术用于药物发现对许多受体仍在改善,变得更好的和更好的质量。有实际的可能性和前景全面审查使用计算方法在药物设计1- - - - - -5]。目前的审查是致力于研究细胞色素P450家庭1 (CYP1),一个重要的酶家族负责药物代谢和前致癌物活化,用分子对接和分子动力学模拟。在某些方面,家庭1的细胞色素P450是例外。CYP1A1和CYP1A2,它由两个同功酶的相似性和第三,更独特的CYP1B1,显示重叠与其他家庭成员的底物特异性。这三种酶具有相对较小的绑定蛀牙是有价值的对象的比较研究酶催化和ligand-enzyme交互使用的计算方法。
细胞色素P450 (cyp)总科的本构和诱导enzymes-hemoproteins-responsible各种外源性物质和生物活性氧化代谢的内源性化合物。目前,57个人类基因的细胞色素P450是已知的;他们展示重大个人间遗传变异6]。结构同源性的基础上,cyp可能分配给相同的家庭,如果他们分享不少于40%的氨基酸序列的身份。亚型序列显示超过55%的身份属于同一亚科。家庭1 (CYP1)由三个亚型:CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1。CYP1A2是72%的氨基酸序列与CYP1A1、虽然CYP1B1降低氨基酸序列的身份与CYP1A1(38%)和CYP1A2 (37%)。尽管如此,CYP1B1有资格作为CYP1成员的基础上类似的底物特异性和CYP1s由芳基碳氢化合物的共同感应受体(AHR) [7]。
CYP酶总科包含一个血红素辅基催化氧化反应和N -和O-dealkylations基质。cyp多元化在底物特异性和抑制剂的敏感性。家庭1这些酶/ CYP1s负责我内源性和外源性底物代谢的阶段。CYP1s参与内源性物质的氧化代谢,如胆汁酸,类固醇激素、脂质、外源化合物,许多制药和化合物来自环境污染。CYP1s代谢潜在的致癌物质:芳基碳氢化合物、芳香胺、杂环芳香胺、杂环胺。CYP1s发挥关键作用前致癌物活化催化66%的潜在致癌物的代谢(8]。的生物转化前致癌物导致诱变化合物的形成,形成加合物与核酸基地,负责启动致癌作用。
CYP1B1在癌症病的发病机理中起着特别重要的角色,负责代谢17-alpha-estradiol (E2)高度诱变和致癌4-hydroxy-E2 [9]。4-Hydroxy-E2和其他产品的E2 metabolism-quinones和semiquinones-exhibit基因毒性活动通过与核酸形成加合物(10]。最近,CYP1B1报道在癌症进展和转移中的作用[11]。CYP1A1和CYP1B1抗癌剂,因为它们的目标超表达在肿瘤细胞比正常的同行12,13]。他们可能被用作标记/肿瘤抗原在治疗策略14]。过表达CYP1A1或CYP1B1目标组织中可能扮演着双面角色:他们可能激活高活性化合物治疗形式,相反,他们对化疗的代谢活动形式。抑制剂CYP1B1活动中使用机械的研究药物代谢(15]。
多药耐药性造成的一种有效的化疗催化代谢CYP1A1和CYP1B1在癌症化疗是一个关键问题。此外,国际米兰——CYP结构和种内的变异导致独特的酶活动的概要文件,它由CYP影响药物代谢的治疗作用。独特的CYP的建模结构可能有助于解释个体变异对药物的反应。停止化疗的失活,为了避免耐药性,CYP1s抑制剂的使用提出了(9,14- - - - - -16]。
的表达CYP1同功酶组织特定的(17]。CYP1A1是一种诱导酶,发生在肺部和气管。它的感应是依赖于环境中污染物的存在。CYP1A2肝酶的本构形式,负责药物在肝脏代谢。CYP1B1发生在大多数肝外组织。高水平的CYP1B1观察到骨髓,肾、脾、甲状腺和生殖组织,如子宫或前列腺和乳腺17]。
对cyp的关注,特别是在CYP1s,起源于中所发挥的作用在前致癌物的激活。cyp参与启动致癌作用已经成为抗癌策略目标18,19]。预防性行动之一是化学预防,这是定义为一个预防、抑制,或逆转的致癌化合物的使用的自然来源,他们的衍生品,或者合成化合物(20.]。CYP1A1和CYP1B1活动的抑制天然化合物存在于人类饮食构成的一个chemopreventive策略(21]。
在过去,细胞色素P450 (cyp)及其配体之间的相互作用进行了调查的基础上,细胞色素P450的同源模型同功酶(22- - - - - -24]。cyp的同源模型被使用,直到CYP1A1的晶体结构,CYP1A2, CYP1B1测定和描述25- - - - - -27]。现在,CYP1s可用的晶体结构在蛋白质数据库(PDB,http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do),这将大大促进进步的识别。
的计算方法在构效关系进行研究,目的是确定药物和高活性化合物代谢和解释治疗失败的机制,前体药物的毒性和副作用(图1)。在computational-aided药物设计“hit-to-lead”阶段,使用两种不同的方法:基于结构的药物设计(或receptor-based) (SBDD)和ligand-based药物设计(LBDD)与已知的受体或配体的结构。
这个在网上研究方面进行了综述和研究,结合调查在体外计算方法CYP家族1酶抑制活性配体作为目标。在我们的评论,我们专注于有关CYP1 SBDD家族酶。我们调查研究的交互的铅化合物与CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1。我们还讨论了化合物的研究关注于搜索:底物和抑制剂,显示个人同功酶选择性和强有力的分子相互作用。
2。结构CYP1家庭成员
2.1。CYP1A1
人类CYP1A1的结构决定之前,大多数报告关于CYP1A1进行同源模型(表1)。在the1990s,同源模型是基于细菌酶的晶体结构。第一个报告涉及CYP1A1模型基于细菌的结构CYP102 (CYP BM3) [22]。这种模式的缺点是细菌和真核cyp之间的序列同源性较低。更好的同源性达到了CYP1A1由Szklarz和Paulsen28)使用哺乳动物CYP2C5,第一个晶体结构的微粒体CYP 2 c5从一只兔子84年]。自2007年以来,水晶CYP1A2结构一直是可用的,基于这个模板和CYP1A1同源模型构建,实现更好的立体化学的质量(34]。
人类CYP1A1的晶体结构2.6 (PDB: 4 i8v;图2)在复杂的抑制剂α-naphthoflavone(曾帮工)是由沃尔什和同事在2013年最后的三个CYP1家族成员(25]。整体CYP1A1结构显示典型的细胞色素P450褶皱与规范螺旋线l和短F′和G′螺旋埋在膜,可能参与使疏水配体到活动网站的访问。特点five-residue打破中间的F螺旋和缺乏这四个标准之一β表,发生在人类P450酶还发现在CYP1A1晶体结构(25]。
最近,研究中使用的CYP1A1结构相互作用的酶大量CYP1A1的底物和抑制剂总结表1,包括植物化学物质,例如,饮食类黄酮(32,41,47];药物,例如,褪黑激素、debrisoquine茶碱,氯氮平,卡维地洛57];例如,环境污染物芳烃及其衍生物(22,28,35,37,45,55];和天然和合成的衍生品反式对称二苯代乙烯(25,46,63年]。
CYP1A1晶体结构是用来识别新线索展示CYP1A1-mediated抗癌活动(62年]。作者生成和验证ligand-based使用一系列已知抗癌化合物的药效团模型通过CYP1A1表演。所选化合物随后进行药动学筛选,MetaSite筛选、分子对接研究,疼痛(pan-assay干扰化合物)过滤提炼检索。9个化合物能产生活性代谢物和良好的互动与CYP1A1被选作进一步研究在体外。两种化合物显示出强有力的活动对mda - mb - 435细胞与IC50< 0.1µM和低毒性正常细胞被选中。这些化合物被CYP1A1的代谢N-hydroxylated潜在基因毒性的产品代理和可能负责母公司化合物的毒性作用。使用分子动力学模拟分析可视化的方向达到分子CYP1A1绑定网站腔,促进生物活性代谢物形成的N-hydroxylation [62年]。
2.2。CYP1A2
CYP1A2的晶体结构(PDB: 2 hi4;图3)于2007年出版,成为一个模板的其他成员CYP1亚科(26]。雇佣了这个结构的同源性建模CYP1A1和CYP1B1直到他们的晶体结构被确定。王、周的定点诱变和同源性建模研究[85年]显示一系列的残留在底物识别网站(srs) CYP1A2 (Arg108、Thr124 Glu225, Phe226, Lys250, Arg251, Lys253, Asn312, Glu318, Thr319, Asp320, Thr321, Vall322, Leu382, Thr385,和Ile386),它已被证明在ligand-enzyme扮演重要角色绑定。
在人类细胞色素P450酶的研究的灵活性(CYP1A2,体内CYP2A6基因表现、CYP2C9 2 d6, CYP3A4)与分子动力学结合UV / Vis共振拉曼光谱、CYP1A2活性部位的被形容为小型和刚性CYP3A4相比,显示更大的灵活性和最高的衬底滥交[74年]。
狭窄的和平绑定口袋CYP1A2决定酶的底物特异性。非那西汀曾帮工,furafylline、咖啡因和7-methoxyresorufin CYP1A2抑制剂作为标准。药物代谢预测使用对接,分子动力学和量子化学方法是一个很好的选择屏幕图书馆潜在的抑制剂和药物之间的相互作用(69年,86年]。一个高效硅片筛选模型是开发识别CYP1A2抑制剂在草药成分的数据库73年]。这些研究的理由是herb-drug交互。首先,药效团模型构建和验证。然后,选择最好的药效团模型的虚拟筛选989年草药化合物。打(147年草药化合物)通过分子对接研究和测试在体外。最后,5抑制剂的18个候选化合物被发现抑制CYP1A2活性。分子动力学模拟提供了一个洞察的作用的水分子酶活性部位。曾帮工与水分子形成氢键,但在模拟期间,不同的水分子与曾帮工在不同的时间点(70年]。
最近,超过200 ns MD模拟进行调查的作用水分子的活性部位CYP1A2包裹着7-ethoxyresorufin和曾帮工87年]。水分子对接研究其次是MD模拟显示,影响氢键网络形成的酶活性部位的交互影响底物与酶活性部位的氨基酸。看来7-ethoxyresorufin识别水分子是必要的,而对于配体识别(曾帮工),水分子都不是必需的。最后的结论是不符合事实,晶体结构中CYP1A2结合位点(PDB: 2 hi4),一个水分子。CYP1A2-ANF-WAT复杂,很可能与水晶水分子,并没有达到平衡甚至在较长的(400 ns)模拟,这可能是由大波动RMSD曾帮工的分子,和复杂的处于一种中间状态,平衡和晶体结构之间的关系。
2.3。CYP1B1
的晶体结构CYP1B1 (PDB: 3 pm0;图4)是由王决定和同事27)曾帮工作为配体结合在活性部位腔。像CYP1A亚科,CYP1B1狭窄的活性部位。然而,序列分歧导致CYP1B1不同取向的曾帮工,CYP1A1、CYP1A2。氨基酸,蛀牙的边缘线修饰底物和抑制剂绑定CYP1B1和其他cyp。特征失真的螺旋F (CYP1B1 CYP1A2,π- - - - - -π分别与Phe231 Phe226,堆积相互作用发生。氨基酸残基Val395和Ala133确定腔形状附近的血红素。Val395扮演的角色在CYP1A1 Val382。
2.4。CYP1结构的比较
比较CYP1家族酶结构分三个活动网站之间的异同决定他们不同的底物特异性。CYP1家族的所有成员的结构测定与曾帮工复合物,使活性部位中的可能曾帮工的比较交互蛀牙。曾帮工绑定在CYP1蛀牙占据同一个平面毗邻血红素,相反的我在每个螺旋酶。曾帮工的方向CYP1A1和CYP1A2是相似的,而在CYP1B1,曾帮工翻转180°是配体的长轴。
列出的最有意义的结构差异,分析了沃尔什et al。25]。残留在382的位置被认为是重要的在确定功能CYP1A1和CYP1A2之间的差异;在这个位置突变产生重大影响酶的催化效率;382小渣有利于配体酶腔的位置。在CYP1A1、唯一的交互由曾帮工π- - - - - -π堆积的Phe224坐落的对面我螺旋。CYP1A2活性部位,有一个水分子形成氢键与羰基集团曾帮工和Gly316 [25]。five-residue休息的CYP1A1 F螺旋会影响配体结合,增加活性部位的灵活性。卷的CYP1A1的活跃的网站,CYP1A2, CYP1B1, 524年、375年和398年3分别为(25- - - - - -27,关键氨基酸残基酶腔确定最佳配体的形状。一个三角形的边长9.3,8.7,7.2提出了等高线的选择性CYP1A2抑制剂(53]。此外,CYP1A1侧链的氨基酸残基的活性位点相比更小在CYP1A2相应的残留物。例如,氨基酸残基附近的血红素,Val382 CYP1A1和Val395 CYP1B1,取而代之的是支Leu382 CYP1A2 CYP1A2腔缩小,从而导致较小的亲和力polymethoxystilbenes CYP1A2 CYP1A1相比(63年]。
调查活动网站CYP1s,合成了一系列潜在的抑制剂,抑制活性测试。合成化学探针的两个系列:α-naphthoflavone-like和β-naphthoflavone-like pyranoflavones,刘等人创建CYP1A1和CYP1A2的配体模型。加州大学旧金山分校的分子表面图像生成嵌合体1.6.2。(加州大学旧金山,CA)在能量最小化使用共轭梯度方法CHARMM力场。作者得出结论,CYP1A1狭窄和长腔,15.8在4.6长度和宽度。CYP1A2腔可以容纳一个三角形的分子,显示平面心如结构9.1长边和短边(7.053]。根据这一建议,一系列的14个黄酮和香豆素衍生物表现出一个三角形的平面形状设计使用的计算机辅助定位分析。大部分的测试化合物(13 14)似乎选择性CYP1A2抑制剂。4-Trifluoromethyl-7 8-pyranocoumarin和7,8-furanoflavone被发现是最有效的CYP1A2抑制剂K我在submicromolar级别(88年]。
总之,详细的拓扑CYP1A1活跃的网站更类似于CYP1B1腔的腔CYP1A2 [25]。之间的相似性越接近CYP1A1活性部位和CYP1B1相比CYP1A2活性部位可能会影响这些酶的底物资料,更类似CYP1A1和CYP1B1比CYP1A1和CYP1A2。
3所示。突变
酶的分子建模在选择不同的氨基酸序列提供了一个理由底物特异性。研究一种氨基酸序列之间的关系和CYP1s的功能是可能的,由于诱变方法。减少变异的构造,残留的替换应位于酶的活性部位,必须不同于相应的残留的酶相比。基于知识的活性位点残基不同CYP1A1和CYP1A2之间相互的影响对底物特异性突变研究[31日]。底物识别网站的渣替代(SRS)减少7-methoxyresorufin (7-MR)和7-ethoxyresorufin (7-ER)O-dealkylase活动,除了CYP1A1 S122T突变既增加活动。结果证实为es srs互动的重要性,后藤(早些时候提出的89年]。
功能改变的基因多态性可能影响许多药物的治疗反应改变他们的疗效和毒性。CYP1A2参与9%的药物的代谢(6]。CYP等位基因命名委员会(http://www.cypalleles.ki.se/cyp1a2.htm)已经认识到40 CYP1A2变异等位基因。20等位变异的功能描述CYP1A2和执行两个基板:非那西汀和7-ethoxyresorufin90年]。四个研究等位基因,这表现出替换关键酶功能(位于:SRS, heme-binding地区,芳香地区和脯氨酸区域),显示减少活动向基板。然而,替代Arg377Gln可能导致氢键变化与其他氨基酸替代的,导致酶活性的丧失或减少holoprotein水平。两个变量替换Thr438Ile和Asp436Asn显示活动向非那西汀显著高于野生型酶。有趣的是,氨基酸残基Thr438 Asp436并不是位于底物结合位点。它们位于CYP1A2的表面,可能会影响酶的相互作用与细胞色素b5 (90年]。
Zhang et al。78年]应用分子动力学模拟和结构分析,阐明机制mutation-induced CYP1A2的变构效应。他们探索外围突变的影响,F186L, 26∼远离酶活性部位的酶催化活性。对这些突变,他们发现改变蛋白质的灵活性和集体运动导致的主要基质接入信道主要是封闭的。动力学模拟被用来解释机制改变绑定的7-ethoxyresorufin F186L突变酶的催化的口袋里。马等人证明了CYP1A2的F186L突变对函数的影响(91年]。尽管突变Phe186Leu位于表面上,一系列催化口袋被观察到的变化。Phe186Leu突变增强亲和力,但降低了O-deethylation 7-ethoxyresorufin速度。建议通道2 c, cyp的主要活动频道(92年),关闭的突变酶CYP1A2由于B 'helix / c循环稳定。
等位CYP1B1基因变异在酶催化底物代谢的研究构建CYP1B1 [82年,93年,94年]。突变形式的CYP1B1发现了儿童疾病的原发性先天性青光眼(PCG)。Homology-modeled野生型结构和疾病有关的突变形式是构建人类CYP2C9的基础上。在CYP1B1的变异形式,改变底物结合区域的几何和血红素的位置观察。使用分子动力学模拟,改变交互的雌二醇疾病突变体与野生型相比CYP1B1也证明了酶(83年]。
最近,八个突变体的结构产生不同的只有在一个残留CYP1A2的晶体结构。只有一个氨基酸的突变改变了酶的静态结构,即使在遥远的地区影响蛋白质和蛋白质的灵活性和影响酶的催化活性构象的改变ligand-enzyme复杂(81年]。显著变化的动态属性CYP1A2观察当长期MD模拟(100纳秒或更长时间)。
4所示。配体的分子对接
分子对接是一种计算方法预测的方向配体(构成)在复杂蛋白质的目标和评估其使用得分函数绑定关联。
基于结构的药物设计是为了执行识别生物活性化合物在高通量虚拟筛选化合物池中发现(htv)基于蛋白质结构的信息。在结构与活性关系的研究中,分子对接有助于阐明铅化合物的生物活性鉴定“hit-to-lead”阶段的基础上ligand-target交互分析。
计算方法预测蛋白质配体在复杂的取向与目标使用得分函数(具体算法)。基于结构的虚拟筛选是一个快速和更经济的方法识别比实验筛选。在研究中,流行的开源对接软件和使用更先进的商业计划。尽管如此,在许多作者的意见,他们仍然需要改进,以获得一个更好的姿势预测能力。限制对接结果的准确性的主要因素是蛋白质的灵活性和溶剂化作用。的亲和配体蛋白的目标特征是得分函数,它代表的是相对结合自由能基于protein-ligand交互。得分函数不考虑热力学影响结合自由能的贡献就像溶化,远程交互,和构象变化。Protein-ligand对接方法广泛应用在药物设计过程的不同阶段。他们开始使用大型配体的虚拟筛选(VS)的数据库和优化阶段。
得分函数使用的搜索算法来识别特定的配体的最佳姿势,最大力支持取向在活性部位。它还估计配体的亲和力。这允许我们排配体在虚拟筛选,大型和化学多样性数据库应该非常有效地对接;这里,对接的速度比其准确性更重要(5]。然而,在铅优化,研究人员感兴趣的获取对接结果尽可能准确的一个小的配体,通常结构相关。除了评估结合亲和力的大分子目标接近类似物在铅优化,对接还可以用于预测脱靶绑定相关的蛋白质和细胞色素作为摘要(5]。
对接算法的作用是生成配位体内部的结合位点。得分函数应该正确认识到生物活性导向和分配一个足够高的分数,让我们从nonbinders歧视绑定的亲和力计算(5]。实地得分函数被归类为力量,经验和知识95年]。力实地功能占静电和范德瓦耳斯相互作用protein-ligand复合体使用力场参数。在经验得分,函数是描述特定的条款ligand-protein交互,例如,氢键、离子相互作用,或疏水性的影响。另一类得分函数,以知识为基础的,是来自一个统计分析ligand-protein复合物的晶体结构。它不使用信息实验活动但分析ligand-protein原子的分布对成对势(95年]。
所有评分功能有一定的局限性。他们表现更好的识别正确的姿势比排名个人配体配体根据他们的活动各自的目标。很难区分纳米和微摩尔的化合物限制对接的可靠性(5]。为了克服这个问题,可以使用多个得分函数评估绑定关联。共识得分结合几个得分函数的结果;这种方法在某些情况下更成功在预测活动比单一功能(95年]。
一些特定的交互,例如,cation-pi CH-pi,或弱氢键,不是被常用的评分功能。同时,许多简化,如治疗溶解熵的影响和贡献的结合能,导致排名差的化合物在VS (95年]。因此,更先进和计算要求改停靠提出了应用方法。为此,基于物理方法和模拟基于力场和隐式模型是采用溶剂。其中,常用的方法是分子mechanics-Poisson-Boltzmann表面积(MM-PBSA)和计算要求较低分子mechanics-generalized出生的表面积(MM-GBSA)。
许多对接算法对待受体构象上的,这是一个严重影响最终结果近似。事实上,在绑定一个蛋白质,通常配体诱导其构象的变化(5,96年]。蛋白质的灵活性可以包含在大分子模型在几个方面。最简单的一个是使用“软”受体(软对接)与降低能源处罚空间原子配体和受体之间的冲突。其他对接方法占蛋白质的灵活性是一个对接使用侧链的灵活性,在侧链旋转残留的结合位点是允许的,使用一个对接的受体结构(实验或模拟),和动态对接,蛋白质构象期间生成的“动态”对接,探索蛋白质的自由度(5,97年]。
有很多的例子ligand-target交互通过水分子(如氢键),所以忽视了水分子可以额外的错误来源对接。通常,对接之前,水分子的结合位点,但也有其他的选择,如保持或取代水分子被放置在结合位点或对配体的结合很重要5,95年]。
现有的评分功能并不完美的虚拟筛选和评估中排名化合物绝对约束力的亲和力在铅优化。同时,受体灵活性需要考虑在对接实验。因此,对接方法仍在开发关于受体等方面的灵活性,结构水或溶剂化作用和熵的影响(98年]。
对接可以预测一个合理的定位和构象配体受体的结合位点,虽然这种方法只给了一个静态的图片中的交互。更深入洞察时间属性ligand-protein复合物可以获得使用分子动力学(MD)模拟。在分子动力学模拟中,溶剂分子包括显式或隐式溶剂的使用模型。SBDD医学博士,一个宝贵的工具,有很多应用程序。对接之前,MD模拟可以用来给一个蛋白质的结构,但对于postdocking复合物,这种方法允许计算测试的稳定性和常被用来改停靠配体由于相互适应的改善和优化交互仿真期间发生的。结合自由能的计算(ΔG绑定)可以使用不同的方法,如热力学集成(TI),自由能微扰(聚全氟乙丙烯),线性相互作用能(谎言),和上述MM-PBSA MM-GBSA方法(99年]。有许多成功应用的例子MD ligand-macromolecular目标复合物的表征(4,99年]。
Protein-ligand结合能应该确定非相加效应,这取决于化学环境和Protein-ligand合作的动态过程。分子动力学模拟的结合自由能提高预测考虑的时间行为的大分子系统应对其分子环境的变化。然而,对接结果并不总是与MD模拟一致(不同的姿势观察到对接和医学博士;配体不能形成一个长期的复杂的)。它还会发生,对接结果并不证明生化试验在体外,反之亦然;高生物活性的化合物显示有一个贫穷的对接。许多科学家指出对接过程的局限性(2,69年]。表1礼物的调查研究致力于计算机辅助分析CYP1酶与配体的相互作用。
5。底物和抑制剂CYP1s
一个分类的抑制剂和noninhibitors cyp尤为重要,在药物设计和药物之间的相互作用的预测。CYP1A2负责∼5%的当前使用的药物的生物转化。筛查的一组化合物从数据库寻找CYP1A2配体似乎更有效的实验测定的一系列化合物的催化活性。然而,得分函数的使用并不总是给出令人满意的结果。更好的结果和最近开发了非线性机器学习方法实现。七千个测试CYP1A2抑制剂化合物从数据库进行了分析。开发方法的准确性预测抑制活性(估计为73 - 76%86年基于利平斯基],而决策树模型的规则五个分类67%的测试化合物的正确。结构不同的CYP1A2底物和抑制剂的结合自由能预测使用的线性相互作用能(谎言)方法。10个化合物(13测试集的配体),计算和实验结合自由能的区别是小于4.0焦每摩尔70年]。CYP1A2配体被确定从一个大复合图书馆(16338化合物)使用两种方法:基于结构和ligand-based虚拟筛选。ligand-based方法相比,基于结构的方法发现更多更有效的抑制剂(One hundred.]。
在本文中,我们目前的研究在特定的相互作用底物或抑制剂与CYP1同功酶,使分析测试化合物的结构之间的关系和他们的抑制活动。研究ligand-CYP1酶相互作用计算方法总结在表的使用1。有些化合物组特别有趣,和许多报告致力于他们的交互与CYP1s讨论如下。这些都是内生的基质,alkoxyresorufins,多环芳烃,和化合物在癌症化学预防方面发挥作用:天然黄酮类化合物和反式对称二苯代乙烯衍生品。自然chemopreventive代理的生物活性激发了研究者合成其衍生品为了研究结构活性关系,获得更加积极和有效的chemopreventive代理。
5.1。内生的基质
17 -β雌二醇(E2)代谢CYP1s二羟基,4-hydroxy或16-hydroxy衍生品。偏爱的顺序在体外由CYP1 2-hydroxylation亚型CYP1A2 > CYP1A1 > CYP1B1基因;4-hydroxylation, CYP1B1 > CYP1A2 > CYP1A1;16-hydroxylation, CYP1A2显示最高的偏好CYP1A1和CYP1B1紧随其后。在乳腺、CYP1A1催化2-hydroxylation为主。2-Hydroxyestradiol (2-OHE2)进一步甲基儿茶酚-O甲基转移酶产生2-methoxyestradiol,不表现出致癌活性。相反,它能抑制癌细胞的扩散。4-Hydroxyestradiol (4-OHE2)是在催化反应生产主要由CYP1B1 [101年,102年]。4-OHE的产物2氧化(estradiol-3 4-quinone)形式quinone-DNA加合物和启动致癌作用103年]。使用相同型号的CYP1A1和CYP1B1基于CYP1A2的晶体结构,伊藤等人分析了不同站点的结构性原因E2代谢(44]。E2的研究显示一个绑定模式(18-methyl组)CYP1A1和CYP1A2和两种绑定模式的E2 CYP1B1 (18-methyl组上下)。Thr124和Phe260 CYP1A2和Ser122 Phe258 CYP1A1被确认为是导致空间位阻和E2的b环。Ala133和CYP1B1 Asn265临界残留影响E2与结合位点之间的交互。构象酶E2的蛀牙决定网站的E2代谢导致羟基化优先位置2的CYP1A1、CYP1A2和在CYP1B1位置444]。
脂肪酸的重要类CYP内生的基质的代谢产物应该发挥生理作用的心血管系统。使用分子对接,regiospecificity新陈代谢的花生四烯酸(AA)和二十碳五烯酸(EPA)催化由人类重组CYP1A1重组酶系统进行了研究。有趣的是,AA被CYP1A1主要代谢19-hydroxyarachidonic酸。与环保局作为衬底,CYP1A1-dependent epoxygenase活动导致regiospecific和立体选择17的形成(R)、18日(年代)-epoxyeicosatetraenoic酸(68%)和19-hydroxy-EPA(31%)证明(30.]。AA的分子对接和EPA CYP1A1活性部位显示脂肪酸与相同的氨基酸残基alkoxyresorufins和苯并(一个)芘,尽管额外的残留位于接入信道可能与AA、EPA由于长分子。构象CYP1A1脂肪酸的结合位点由氢键稳定他们的羧基末端,而resorufin和苯并(一个)芘主要由疏水相互作用(稳定30.]。AA、EPA的复合物与CYP1A1进一步检查MD模拟得到生产绑定模式。几何的计算机网站评分标准,角度和距离的基质ferryl氧气,证实了空间因素扮演着一个关键角色,regiospecificity CYP1A1-mediated代谢(33]。
5.2。Alkoxyresorufins
Alkoxyresorufins CYP1基质用于活性测定。刘易斯和湖22)发起的计算方法研究底物亲和力CYP1绑定网站。在1990年代,相同型号的CYP1A1和CYP1A2绑定网站产生的细菌通过渣替代CYP102晶体结构和能量最小化过程,以及一系列已知的底物和抑制剂CYP1A亚科是停靠交互活动网站(22]。的方向7-MR和结合位点7-ER蛀牙决心,目的是阐明他们的底物特异性;7-MR CYP1A2的特定底物,而在CYP1A2 CYP1A1 7-ER演示了一个更高的亲和力。酶份额72%的氨基酸序列的身份;然而,其结构的差异似乎足以解释他们的特定的亲和配体。关键的变化CYP1A1和CYP1A2结构被发现。我螺旋,由天冬氨酸相邻Thr268在CYP1A1谷氨酸CYP1A2 CYP1A2产生空间限制;因此,没有足够的空间为7-ER CYP1A2的结合位点。此外,在F螺旋位于上方的血红素,有氨基酸残基羰基的捐助者的氢位于resorufins的对面一个分子;CYP1A1的羰基与Thr185 7-ER可以形成氢键,而7-MR可以形成氢键与Asp184 CYP1A2 [22]。
Szklarz和Paulsen28)停靠7-MR和手动7-ER CYP1A1结合位点(同源模型来自CYP2C5)方向,形成主要的产品。残留坐落在5中被确认。Val382被发现的关键残基稳定7-ER CYP1A1绑定网站通过范德华相互作用[28]。这种交互没有7-MR的情况发生。此外,更高的CYP1A1活动向7-ER可能解释为相互作用能,这是7-MR明显高于低(绝对值)。影响的五个关键residues-Ser122、Asn221 Gly225, Leu312, CYP1A1 Val382,和Thr124 Thr223, Val227, Asn312, Leu382 CYP1A2-on酶的底物特异性研究[31日]。特异性变化观察,但没有一个突变,可以授予一个同种型到另一个被发现的活性。作为研究的延续,26了CYP1A2和调查可能的多个突变体的分子基础评分方法。7突变体的特异性从CYP1A2转向CYP1A1预测。5突变体,证实了预测定点诱变和生化分析68年]。
当7-ER停靠CYP1A1使用CYP1A2作为模板,生成氨基酸残基发现3半径内基质Ser120, Ser12, Phe123, Phe224, Phe258, Tyr259, Asp313, Thr321 Val382, Ile386。CYP1A1结构,底物抑制动力学观察,可能由于非生产性的取向CYP1A1 7-ER的结合位点。的对称的分子对接研究表明,7-ER可能绑定在扭转方向与乙氧基的指示相反的一侧的血红素,这是积极有利的CYP1A1野生型和突变体34]。
5.3。多环芳烃
环境中的多环芳烃,现在无所不在地,平面芳香族化合物生产主要在燃烧过程。苯并(一个)芘是前致癌物激活cyp诱变产品形式与DNA加合物。其代谢CYP1s研究使用分子对接自1990年代(22]。的研究已经持续Szklarz和合作者28,33),他发现了停靠的数量之间的关系取向ferryl 4内氧气和实验确定代谢物比率。B的regiospecificity (一个)P新陈代谢了同源模型基于CYP 2 c5 CYP1A1的晶体结构33那),使用多个模型的鳉鱼,鱼、老鼠,和人类CYP1A1s [37]。在所有的模型分析,8日9-bond是更频繁地接近ferryl氧气比7,8或9个席位。然而,8,9-epoxide生产从未观察到由于不利的地层能量。环氧化合物的形成接近附近的8日9-position-7, 10-epoxide-is 8-epoxide或9日应该是一个小的结果重新定位一个底物分子的振动或转动在活性部位(37]。
CYP1B1抑制由十一个多环芳烃(多环芳烃)和14乙炔的多环芳烃,研究了联苯。五个IC的强有力的抑制剂50在摩尔级别(苯并(一个)芘,指aj吖啶,1 - (1-propynyl)芘、3 - (1-propynyl)菲并苯并[j荧蒽)停靠CYP1B1和CYP1A2蛀牙显示所选芳烃的不同的绑定模式(104年]。
CYP1A1的或者拼接变体有删除的外显子6被发现在人类大脑组织(35]。缺乏B (一个)由外显子6 P代谢基因毒性的最终致癌物del CYP1A1被分子对接研究阐明。B (一个野生CYP1A1) P停靠(建模CYP2C5晶体结构)是位于一种成为可能的氧化反应位置7,8,9,10个芳环的。发现了两个主要的方向,6 B观察(一个)P分子对接的CYP1A1结合位点:第一个7,8,9,10个位置附近的血红素铁(全部50个研究构象的72%)和第二位置3接近血红素的构象(14%)。在11方向发现B (一个)P外显子6 del CYP1A1活跃的网站,在两个主要方向,颈- 3是在靠近血红素(99年]。然而,B的3-hydroxylated产品(一个)P新陈代谢不视为基因毒性。B (一个)P是面向不同CYP1A2和CYP1B1结合位点;职位7、8、9和10的芳香脚手架在靠近观察血红素铁只有CYP1A2绑定腔(104年]。
一组22多环芳烃增加大小的野生型和嵌合CYP1A酶对接。构象分析显示,基质的大小影响酶通过访问渠道腔的可访问性。CYP1A酶使用的可视化的软件显示两个地区靠近或在CYP访问渠道影响不同的小型和大型多环基板(58]。
多指- - - - - -p二恶英(PCDDs)和共面多氯联苯(PCBs)是一类芳烃展示高基因毒性。二恶英和多氯联苯的新陈代谢展示了人类和老鼠之间的物种差异(55]。人类CYP1s代谢有效low-chlorinated PCDDs, 2、3、7日8-tetrachlorodibenzo -p二恶英(TCDD)代谢产物没有检测到。老鼠,但不是人类,CYP1A1代谢3,3′,4,4′,5-pentachlorobiphenyl,最有毒的PCB,两个羟化衍生品展示比母体化合物毒性更低。对接研究使用同源模型人类和老鼠的CYP1A1表示必需氨基酸残基(Ala120和Phe316) 3、3′, 4, 4′, 5-pentachlorobiphenyl新陈代谢。氨基酸残基的差异导致蛀牙的大小和形状的变化;大鼠CYP1A1腔3 3′,4,4′,5-pentachlorobiphenyl是足够接近的血红素代谢(45]。
物种差异研究了B的对接(一个)P, 3、3′, 4, 4′-tetrachlorobiphenyl (TCB)和TCDD多个模型老鼠,人类,killifish,鱼CYP1A1 [37]。变异的交互那残留的鳉鱼CYP1A1相应残留的人类CYP1A1导致TCB构成人类CYP1A1的类似。缓慢氧化相比,TCDD TCB的每个物种也可能被解释成结构性限制酶结合位点。缓慢的新陈代谢TCDD的人类比老鼠CYP1A1 CYP1A1源自人类CYP1A1生产带来的更低的频率。
37多环芳烃的分子对接,相应的二醇,杂环碳氢化合物CYP1A1和CYP1B1同源模型基于CYP1A2的晶体结构是执行和LigandFit CDOCKER算法(50]。分析CYP1A1和CYP1B1绑定网站透露他们的疏水特性由于疏水残基,主要是苯丙氨酸Phe123, 224年和258年CYP1A1和Phe134, 231年和268年在CYP1B1,这可能通过交互π- - - - - -π与芳烃配体堆积。然而,潜在的氢键供体残留物,Ser122 Asn221, Leu312, Asp313, Gly316, Ala317, Asp320,发现CYP1A1 CYP1B1结合位点和相应的残留物,Ala133, Asn228, Thr325, Asp326, Gly329, Ala330 Asp333,稳定配体分子通过氢键。主要的氨基酸残基与配体相互作用下研究位于衬底识别网站分类后藤(89年]。有趣的是,CDOCKER对接过程给最好的结果CYP1A1线性统计分析,虽然LigandFit CYP1B1(似乎是一个更合适的程序50]。
5.4。类黄酮
类黄酮是一类天然生物活性化合物存在于水果和蔬菜。他们在癌症预防的角色建立在流行病学研究21]。在实验在体外研究中,黄酮类化合物似乎CYP1s强有力的抑制剂。之间的相关性被发现CYP1A1和抑制CYP1A2类黄酮不同活动的位置和数量的羟基和理论描述符从量子力学计算和分子动力学的ligand-enzyme复杂32]。在这份报告中,槲皮素和山柰酚停靠CYP1A2的结合位点是证明,和负责ligand-enzyme氨基酸残基间的相互作用,可能在定点诱变被发现是有用的。Takemura等人表现出选择性抑制CYP1B1黄酮类化合物,特别是chrysoeriol和异鼠李亭。对CYP1B1解释他们的强烈影响,分子对接方法(42]。为此,他们构建三维结构的CYP1A1和CYP1B1同源建模,使用CYP1A2的晶体结构。作者得出结论,methoxyflavonoids-chrysoeriol和isorhamnetin-fit CYP1B1的活性部位,而在活动网站CYP1A1和CYP1A2,发生有甲氧基取代基之间空间碰撞和ser - 122在CYP1A2 CYP1A1和刺- 124。绑定的特异性methoxyflavonoids基于甲氧基组之间的相互作用和具体CYP1残留。Methoxyflavonoids拥有2 - 3 c - r的双键,作为CYP1B1的选择性抑制剂,应该是chemopreventive代理对CYP1B1-related致癌作用。
木蝴蝶素和汉黄芩素提取物的生物活性化合物发生的根源黄芩,用于传统东方药物(76年]。木蝴蝶素和汉黄芩素抑制剂CYP1A2的IC50579和248海里的价值观。使用分子对接、分子动力学模拟,MM-PBSA,黄酮类化合物的抑制作用的机制不同位置的羟基进行了分析。结合自由能计算曾帮工(−23.5千卡每摩尔),汉黄芩素(−21.1千卡每摩尔),和木蝴蝶素(−19.8千卡每摩尔)明显高估了;然而,他们是按照实验的顺序确定抑制活动。木蝴蝶素的亲和力的差异和汉黄芩素CYP1A2活性位点被解释为分子动力学和分子对接;曾帮工和汉黄芩素共价相互作用(范德瓦尔斯和疏水相互作用)与CYP1A2的复合物的稳定性的影响。CYP1A2-oroxylin复杂,发生有积极不利Thr118之间的斥力和甲氧基组位置6木蝴蝶素分子。因此,侧链的构象变化Thr118观察,导致一个更加开放和更大的结合位点的形成腔CYP1A2和较弱的抑制木蝴蝶素的活性。此外,O7原子与Asp313木蝴蝶素形成了强烈的氢键,O5和O6原子两个一个水分子的氢键相互作用形成的。这些相互作用中,并未观察到复合物的CYPA2汉黄芩素和曾帮工76年]。
7-dihydroxyflavone白杨素(5日),自然,生物活性黄酮提取植物和蜂蜜,表现出一种抑制活动向CYP1A2可比曾帮工(IC5054和49 nm)的值。分子对接和分子动力学模拟,估计酶结合位点的相互作用。白杨素的复杂CYP1A2和范德华相互作用,稳定与Asp313 H-bond,堆积相互作用Phe226 [71年]。的亲和力白杨素CYP2C9明显较弱,因为范德华相互作用的大口袋CYP2C9 CYP1A2并不强大。
基于已知的抑制活性的化合物,可以设计更有效的抑制剂。黄酮衍生物与一群乙炔与黄酮骨干显示可比对CYP1A1曾帮工抑制活动。此外,系统抑制剂的CYP1A1被发现。4′-Ethynylflavone和7-ethynylflavone不可逆转地灭活一半的CYP1A1活动在不到两分钟。乙炔集团可能是负责不可逆酶失活。对接模拟揭示了方向的ethynylflavones CYP1A1结合位点与乙炔组血红素。只有2′-ethynylflavone CYP1A1腔展示了另一个方向;这种化合物似乎CYP1A2的选择性抑制剂。在所有研究ethynylflavones停靠CYP1A2,乙炔组面向远离血红素(54]。
5.5。种在
自1990年代以来,自然种在-反式白藜芦醇(3、4′,5-trihydroxy -反式对称二苯代乙烯;RESV),紫檀芪(5-dimethoxy-4′羟基-反式对称二苯代乙烯),piceatannol (3、4, 4′, 5-tetrahydroxy -反式对称二苯代乙烯)已经被广泛研究与化学预防(105年]。RESV是葡萄中含有的一种天然多酚,浆果,和花生,显示良好的有益的生物活性(106年,107年]。它有效和选择性地抑制CYP1活动108年,109年),虽然其在人类的生物利用度是决定[一样贫穷110年)主要是由于硫酸和葡萄糖醛酸结合反应。在过去的二十年里,天然和合成RESV类似物研究了与CYP1s的上下文交互。出现,自然反式白藜芦醇analogues-pinostilbene、rhapontigenin desoxyrhapontigenin,紫檀芪,拥有一些羟基取代的甲氧基组是CYP1A1和CYP1A2抑制剂比更有效反式白藜芦醇(111年,112年]。因此,取代羟基和甲氧基取代基有效地影响了细胞色素的活跃网站亲和力的化合物,此外,提高生物利用度,防止多酚代谢。因此,兴趣集中在合成的衍生物反式对称二苯代乙烯似乎更有前途的关于他们的交互与CYP1酶。
取代基的模式有关反式对称二苯代乙烯核心施加决定性影响的亲和力种在活跃网站细胞色素P450的家庭1。一些配体取代基影响的位置定位和与酶活性部位的氨基酸残基相互作用,影响血红素之间的距离,这决定了酶促反应的进程。在春的研究等。75年,112年- - - - - -114年),3,5,2′,4′-tetramethoxy -反式对称二苯代乙烯和2 4 2′,6′-tetramethoxy -反式对称二苯代乙烯被认为是非常有效的CYP1B1抑制剂,表明一个独特的位置2和4中取代基甲氧基的作用,以及2和6的抑制CYP1B1活动。
一系列的设计polymethoxy -反式-stilbenes恒定不变的主题3,4-dimethoxyphenyl影响配体的方式在酶的结合位点(56]。的分子对接反式-stilbenes CYP1A2活性部位显示最有利的方向与环具有取代基的改变模式针对血红素(取向;图5(一个))。然而,在CYP1B1, 2′, 3, 4-trimethoxystilbene是面向3 4-dimethoxyphenyl指向血红素(取向B;图5 (b))。这个方向发生在17日的20个姿势和积极有利的方向相比;配位体的相互作用能和结合能计算取向B被12千卡每摩尔,高40千卡每摩尔,分别为(56]。很强的亲和力的2′,3,4-trimethoxystilbene CYP1B1结合位点是表达的结合能(Δ的最高价值G)相比,其他系列的化合物。配体之间的相互作用的分析和氨基酸残基CYP1B1活性部位的发生π- - - - - -π堆积相互作用对苯基环2′,3,4-trimethoxystilbene Phe231(图5观察),而一个氢键配体相反取向(图5(一个)少),这是积极有利的(56]。在这个键,Gln332订婚;相同的氨基酸残基形成氢键和4′-methylthiostilbenes。因此,它可能会认为氢键的影响对配体的亲和力的细胞色素P450活性位点并不是最重要的。疏水甲氧基组和氨基酸残基之间的相互作用似乎更重要的在确定细胞色素P450的抑制剂的亲和力。此外,2′,3,4-trimethoxy -反式对称二苯代乙烯的特点是高选择性的行动;它能抑制CYP1B1强烈90倍比CYP1A2 CYP1A1和强烈830倍。因此,2′,3,4-triMS分子似乎是一个相对有效的CYP1B1抑制剂比早些时候的分子设计106年- - - - - -108年),展示一个有效的抑制作用的化合物与甲氧基组的模式位置2′,3和4 (56]。
(一)
(b)
寻找小说CYP1抑制剂,methylthiostilbene衍生品的设计和合成63年,77年]。一系列polymethoxy——的取向反式对称二苯代乙烯衍生品包含4′-methylthio CYP1活跃网站研究了取代基,分子配体之间的相互作用和氨基酸残基的酶口袋估计。方向与4′-methylthiophenyl环向的血红素衍生品研究CYP1A2和CYP1B1活跃网站是最喜欢的一个。这一系列化合物,Phe226 Phe260 CYP1A2和Phe231 CYP1B1参与π- - - - - -π堆积相互作用稳定方向酶活性配体的网站。此外,一些研究的化合物CYP1B1停靠,一个活跃的站点与Gln332氢键形成。然而,它应该提到的发生氢键不与酶活性的抑制作用。一个重要的角色分配给疏水相互作用,可能会影响对接分子的紧密联系与辅基的铁原子,生成的羟基化的配体。对3、4、5-trimethoxy-4′mts和2,4,5-trimethoxy-4′mts, C原子的距离在3′,5′位置Fe原子是短于4.5和5.5,分别。
对称二苯代乙烯衍生物更好地适应CYP1A1结合位点表现出平面长带空腔比CYP1A2结合位点与更多的三角形53),例如,选择性CYP1A1和CYP1B1抑制剂,2,3,4-trimethoxy-4′-methylthio -反式对称二苯代乙烯,不符合的形状CYP1A2绑定的口袋里。低亲和力的2、3、4,-trimethoxy-4′-methylthio -反式对称二苯代乙烯CYP1A2绑定网站另外证实了高应变能(103.09千卡每摩尔)。相比之下,在CYP1B1绑定网站,应变能的2、3,4-trimethoxy-4′-methylthio -反式对称二苯代乙烯只有40.70千卡/摩尔(77年]。
另一个导数,2-methoxy-4′-methylthio -反式对称二苯代乙烯,被发现是一个选择性和强有力的CYP1A1抑制剂。有趣的是,它的模拟,2、4′二甲氧基-反式对称二苯代乙烯,不是很有效。对于这个导数,停靠CYP1A1绑定网站,大量的nonbonded分子相互作用观察。然而,绑定2-methoxy-4′-methylthio -反式对称二苯代乙烯不是有利的积极(63年]。
6。其他的配体
大多数CYP1s的配体化合物的药理作用。它们包括本构肝脏药物代谢的同工酶CYP1A2。非那西汀的分子对接和furafylline CYP1A1和CYP1A2活性网站最初是由路易斯和湖(22)使用同源模型基于CYP102晶体结构。2012年,黄光裕等人研究了isoform-selective代谢非那西汀和对乙酰氨基酚使用CYP1A2 CYP1A1的晶体结构和同源模型(49]。
最近,代谢的药物从药物中选择银行由1528年FDA批准的药物进行了分析使用CYP家族1的晶体结构的同功酶。基板被分为三组:基板有一个网站的新陈代谢(SOM),但被CYP1A1代谢的不同偏好,CYP1A2,和CYP1B(例如,卡维地洛、非那西汀和bufuralol);基质代谢的任何三个亚型(如氯喹和氟哌啶醇);和底物显示不同的SOM和同功酶(17 -不同的偏好β雌二醇)[57]。底物特异性的差异cyp研究褪黑激素,debrisoquine,茶碱,氯氮平、利多卡因60]。CYP1A2-mediated代谢研究的区域选择性咖啡因、茶碱、止痛、萘普生,他克林、阿米替林、氯氮平,alkoxyresorufins荣格和同事(67年]。最近,特定选择的对乙酰氨基酚催化代谢通过分子动力学过程(CYP1A2是证明80年]。
尽管许多报道证实了生物碱的抑制活性对cyp的活动(115年),只对咖啡因,茶碱(80年],rutaecarpine及其衍生物(29日,116年)、结构建模已经完成。的良好拟合rutaecarpine结合位点的基于兔子CYP2C5 CYP1A2模型作为模板被发现(29日]。两个之间可以形成氢键酮N14 rutaecarpine组和Thr208 Thr473 CYP1A2的残留物。rutaecarpine形式的平面分子π- - - - - -π堆积的c - r和芳环之间的交互Phe205残渣。香豆素的可能取向CYP1A1和CYP1A2绑定网站3,4-epoxidation证明了酶结构基于CYP2A5晶体模板。关键氨基酸residues-Ser113、Phe205 Tre298, Phe352-were确定香豆素停靠CYP1A1 [116年]。CYP1A2的结合位点,Tre113 Phe205, Tre298参与ligand-enzyme交互。在这两种酶,Phe205负责π- - - - - -π叠加与芳香环的基质。CYP1A1和CYP1A2代谢香豆素在同一分子的位置。
在癌症化学预防,天然异硫氰酸酯(itc) CYP1s抑制剂进行了研究。萝卜硫素,这是一个最活跃的chemopreventive CYP1A1活动的代理和抑制剂,是CYP1A1活跃站点停靠。两个氮原子之间的氢键萝卜硫素和氨基酸组的氢Arg110被发现(51]。此外,萝卜硫素抑制芳基碳氢化合物(AHR)受体结合与氢键的配体结合域。然而,这些研究没有解释缺乏潜力减少TCDD的基因毒性。
大黄素是一种天然蒽醌提取感冒emodi植物用于中药。cyp的研究(CYP1A1、CYP1A2和CYP2B1),这个蒽醌证明最有效的抑制活动向CYP1A2 IC50值为3.73µ米(117年]。PubChem和锌的化学数据库,发现了12个大黄素类似物进行进一步的研究。他们两个(1-amino-4-chloro-2-methylanthracene-9 10-dione(化合物1)和1-amino-4-hydroxyanthracene-9 10-dione(化合物2)抑制CYP1A2 IC50< 1µM,但只有化合物1是一个系统,即CYP1A1和CYP1A2的抑制剂。分子对接透露在结合位点的分子取向,使可能的氢的抽象从2 -甲基组现在只有在化合物1。因此,苄基的碳自由基中间可能会产生,,重排后,可以形成一个不可逆转的复杂的酶。的激进反应铁箍氢氧自由基形成羟化代谢产物,它充当cyp的抑制剂。一群2 -甲基的化合物1停靠的CYP1A1和CYP1A2结合位点被发现接近血红素(半个117年]。
结合在体外研究与计算方法使我们能够识别可能与其他药物相互作用的化合物。在调查这一策略似乎很有用的药物之间的相互作用的临床重要性与多种疾病的治疗。抑制性的影响91激酶抑制剂(克义斯;80克义斯不习惯在临床上对人类CYPs-CYP1A2和11是fda批准的小孩),2 c9, 2 d6, 3 a4-were确定。对于大多数小孩下分析,微分观察CYP酶抑制作用;15个化合物表现出对CYP活动(IC强有力的抑制作用50≤1µ米)。临床使用KIs-nilotinib舒尼替,imatinib-appeared有力CYP1A2抑制剂与IC500.92 - -1.23的值µ米(79年]。在对接验证研究中,20个化合物中22抑制剂高通量中选择在体外研究(90.9%)表现出高对接相互作用能。三个功能残基(Phe226 Phe125, Asp320) CYP1A2活性位点的确定(79年]。
7所示。的新陈代谢
确定网站的新陈代谢(索姆)可以发挥决定性的作用药物设计中显示的属性。基本的计算方法用于定量构效关系,预测索姆和代谢物的结构三维构象,pharmacophore-based方法,分子对接、分子动力学模拟,这是一个综合的方法应用于大量研究[118年,119年]。计算技术用于研究异型生物质代谢分为ligand-based方法和基于结构的方法。考虑的范围和限制这些技术,结合ligand-based和基于结构的方法似乎是有前途的。为了预测代谢的网站,分子对接的基质细胞色素P450的结合位点可能被执行。刘易斯等人。116年)使用CYP1A1和CYP1A2同源结构基于CYP2C5晶体模板在香豆素代谢的一项研究中,找到一个好的结合能的相关性来确定实验和分子对接的使用。
对称二苯代乙烯衍生物的研究中,分子对接4′-methylthio -反式对称二苯代乙烯衍生品CYP1A2绑定网站确认的方向4′-methylthiophenyl环2,4,5-trimethoxy-4′-methylthio -反式对称二苯代乙烯和3、4、5-trimethoxy-4′-methylthio -反式对称二苯代乙烯接近附近的血红素,使c - 3′羟基化反应的发生(77年]。
从所有的绑定模式获得了对接过程的结果,可能的代谢的底物被分配到铁原子的原子位于5 (120年]。分子对接考虑约束力的亲和力和立体效果与活性部位的构造有关。SOM预测得到的最好结果的方法结合分子对接与半经验分子轨道计算提供活化能表征的反应底物(67年]。可能绑定模式分析了CYP1A2基质使用自动对接使用CYP1A2的晶体结构。咖啡因和茶碱,索姆发现N1-CH按照实验数据类型3,N7-CH3,N3-CH3网站的初级和次级代谢产物的形成(67年]。
生物转化研究的药物可以执行使用的分子对接和分子动力学。预测有毒代谢产物的形成尤为重要(121年]。两种乙酰胆碱酯酶抑制剂,衍生品的p氨基酸和琥珀酸酐进行测试,以确定是否有毒代谢产物生成的情况N乙酰-p氨基酸(APAP即)代谢的CYP1A1和CYP2B1有毒N乙酰-N羟基-p氨基酸。分子动力学证实的酰胺基APAP即与CYP1A1的血红素铁,和由于N-oxidation有毒中间(N乙酰-p苯醌亚胺)成立。为研究抑制剂CYP1A1停靠,不存在这种交互。相反,一个芳基羟基氢与观察血红素的交互。获得的结果在计算机相关的研究在体外,这只揭示了形成羟化代谢产物的代谢研究了抑制剂的鼠肝微粒体(121年]。的区域选择性APAP即代谢和分子对接和分子动力学进行了研究,其次是2 d扫描USP自由能。CYP1A2、CYP2E1,酶与紧凑的活跃的网站,被发现是主要APAP即代谢(80年]。APAP即形成更多的交互CYP1A2、CYP2E1结合位点相比更多的结合位点的CYP3A4和CYP2C9,导致稳定绑定状态和较长的停留时间。
8。结论
计算对接的研究有助于更好地理解ligand-enzyme在分子水平上的相互作用。研究使用的计算程序提供了一个合理化的选择性配体对CYP1同功酶。细胞色素P450家庭这个例子活动的说明在分子水平是非常重要的对于小说和强有力的药物设计和药物之间的相互作用。虽然计算方法显著发展,进一步改善虚拟程序可能会影响其效用药物设计中针对CYP酶通过预测代谢和药物之间的相互作用和确定基质及其代谢物的潜在毒性。
分子对接帮助可视化空间配位体装配和分子相互作用发生在酶活性部位。假设是没有一个取代基,但取代基的模式决定了分子的形状和影响配体的亲和力结合位点。的模式取代基的配体方向施加影响酶活性部位,这对于一些配体是由疏水相互作用,稳定π- - - - - -π堆积相互作用。在酶反应的底物的配体,配体之间的距离和辅基的反应是至关重要的。结合实验研究对酶促反应的计算机分析ligand-active网站交互预计将产生有价值的结果,有用的分子设计中所需的活动。
总结报告的成就了,许多作者强调cyp的多功能性和可塑性。在硅片的方法研究ligand-CYP同工酶相互作用提供了一个预测模型主要基于范德华相互作用,静电相互作用而不发挥相当大的作用。配体可以通过适应改变其构象酶活性部位的形状。配体形状的分析揭示了形状互补的重要作用的腔酶结合位点。氨基酸残基与水分子形成氢键,稳定ligand-enzyme复杂。
计算基于结构的配体的设计是一种很有前途的技术使一个有效的临床前候选药物的分析。对接可以用来提供信息的构象生物活性配体结合位点及其位置。知道配体的取向有助于预测代谢的网站。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究是由来自波兹南大学医学科学(没有。502-01-03313427-08870)和尼古拉斯·哥白尼大学Toruń(执行管理委员会Medicum基金没有。ds - upb wf - 411)。