基于組蛋白甲基轉移酶DOT1L的虛擬篩選

基于組蛋白甲基轉移酶DOT1L的虛擬篩選

王強，廖若水，朱乃甫，聶全登，肖新才*

(中南民族大學 藥學院，武漢 430074)

摘要在ZINC數據庫中篩選了基于80%相似性的4825個S-腺苷類似物，通過Sybyl/SurFlex模塊與組蛋白甲基轉移酶DOT1L的活性位點進行了分子對接.將分值在12.0分以上的40個化合物作為中靶化合物，分析討論了中靶化合物與組蛋白甲基轉移酶DOT1L的相互作用模式，為藥物設計提供了重要的參考價值.

關鍵詞甲基轉移酶DOT1L；抑制劑；虛擬篩選

收稿日期2014-04-05*

作者簡介王強(1982-)，男，副教授，研究方向：藥物化學，E-mail: 51679632@qq.com

基金項目國家自然科學基金青年資助項目(21102185)；國家科技支撐計劃資助項目(2012BA127B06)；中南民族大學教學研究資助項目(YJYX11020)

中圖分類號TQ031.2文獻標識碼A

Virtual Screening Based on the Histone Methyltransferase DOT1L

WangQiang,LiaoRuoshui,ZhuNaifu,NieQuandeng,XiaoXincai

(College of Pharmacy, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, China)

Abstract4825 S-adenosine analogues from ZINC database with a similarity of 80% were docked into the active site of histone methyltransferase DOT1L by Sybyl/SurFlex.40 hits with the score higher than 12.0 were picked up from the virtual screening. The interaction model between the hits and histone methyltransferase DOT1L was discussed and may serve as an important reference for drug design.

Keywordshistone methyltransferase DOT1L; inhibitors; virtual screening

甲基轉移酶又名轉甲基酶，種類很多，一般以谷氨酰胺為輔酶，S-腺苷蛋氨酸、二甲基噻亭及甜菜堿作甲基供體[1]，將氨基、羥基、巰基等甲基化.組蛋白甲基化是基因表達的重要調節器，其協調作用是復雜造血發育過程的關鍵.組蛋白甲基轉移酶DOT1L是一個在進化上保守的蛋白，可將組蛋白甲基化，這是一種在組蛋白上重要的共價修飾, 在染色質結構和基因表達的調控過程中起重要作用[2].

研究發現：組蛋白甲基轉移酶與腫瘤關系密切[3].多數甲基化轉移酶在腫瘤的發生發展中起重要作用，甲基化轉移酶活性缺失或失調是導致腫瘤發生的原因之一.組蛋白甲基轉移酶DOT1L是新近發現的一種甲基轉移酶，在分子伴侶存在下，它通過與RNA解螺旋酶和RNA聚合酶相互作用，與一系列下游基因啟動子區域的序列結合，進而影響靶基因(如癌基因、細胞周期調控基因、細胞粘附相關基因等)的表達.這些基因在正常人組織中表達量較低，而在乳腺癌、肝癌、結腸癌、肺癌、胃癌、宮頸癌及口腔上皮癌[4]等人類常見組織癌細胞系中均表達較高.不僅如此，在組蛋白甲基轉移酶DOT1L的調控區域存在的串聯重復序列的可變數目和串聯重復多態性的差異均與腫瘤發生率關系密切，是造成癌變和個體差異的重要原因之一.組蛋白甲基轉移酶DOT1L很可能成為一個新型的抗腫瘤藥物研發靶點.組蛋白甲基轉移酶DOT1L抑制劑的研究對于腫瘤等重大疾病的診斷、防治、預后判斷及其藥物研發均有重要意義[5,6].

1實驗部分

1.1配體小分子的準備

利用ZINC數據庫(http://zinc.docking.org)，基于S-腺苷基本母核結構(見圖1)，設定80%相似度，通過相似性搜索得到4825個腺苷類似化合物，再通過Sybyl/Database模塊將這些化合物轉換成備選配體小分子數據庫.所有的分子構建和對接計算模塊均利用SYBYL軟件包完成，各項參數除非特別說明均采用缺省值.

圖1　S-腺苷基本母核結構 Fig.1　Basic nuclear structure of S-adenosine.

1.2甲基轉移酶構象的獲取

在蛋白晶體數據庫(www.pdb.org)中下載組蛋白甲基轉移酶DOT1L編號為3QOW[7]的蛋白晶體結構，使用Sybyl/Biopolymer模塊對蛋白晶體結構加H原子，并對蛋白分子加載AMBER7 FF99電荷，

對原有小分子抑制劑加載Gasteiger-Hückel電荷，與設計部分小分子電荷一致.在晶體結構中提取出原有小分子抑制劑的結構，用以確定對接位點[8].

1.3配體小分子的虛擬篩選—分子對接

通過SYBYL中的SurFlex模塊，利用所得受體評價模型對ZINC數據庫中4825種腺苷類似物進行對接，篩選出打分值在12分以上的40個化合物作為中靶化合物.

2結果與討論

2.1配體小分子虛擬篩選結果

將對接結果較好打分值在14分以上的11個化合物結構以及分值列于表1中，將在14分以下的29個化合物編號和對應的對接打分值列于表2.

表1　中靶化合物編號(14分以上)和對接打分

化合物編號R對接打分值Zinc6454962614.6636Zinc7982155114.4398Zinc4906983914.3449Zinc7231905214.3037Zinc8039300914.1168Zinc8209370014.1040

表2　中靶化合物(14分以下)編號和對接打分

2.2分子對接結果分析

在相同的分子對接條件下，將4825個S-腺苷類似物與3QOW的蛋白晶體結構的活性中心進行對接，以分子對接模式圖解析了中靶化合物與3QOW的蛋白晶體活性中心的作用位點及作用模式(見圖2和圖3).

a) 對接結果3D圖；b) 對接結果活性位點2D圖 圖2　化合物Zinc49113375與DOT1L對接結果 Fig.2　The docking results of compound Zinc49113375 and DOT1L

圖2中化合物Zinc49113375平面芳環結構與LYS187、PHE223存在疏水性相互作用，其中平面環狀結構與PHE223處于平行位置，環間存在π-π相互作用，環上N原子與ASP222、LYS187、GLY221、GLY163存在氫鍵相互作用，五元環羰基與VIL135、GLU134存在氫鍵相互作用，R取代基上胍基與ASN241、ASN242、PRO133、VAU135存在氫鍵相互作用，R基上氨基與GLY163存在氫鍵，R基游離氨基與ASP161的游離羥基形成鹽橋，R基羧基與GLN168、THR139、ASN241可形成氫鍵相互作用.

圖3中化合物Zinc64550058平面芳環結構與LYS187、PHE223存在疏水性相互作用，其中平面環狀結構與PHE223處于平行位置，環間存在π-π相互作用，環上N原子與ASP222、LYS187、GLY221、GLY163存在氫鍵相互作用，五元環羰基與VAL135、GLU134、PRO133存在氫鍵相互作用，R基上亞氨基與GLY 137形成氫鍵，R基上游離羧基與THR139、GLN168形成氫鍵，R基上游離氨基與ASP161形成鹽橋，R基上游離氨基與GLY163形成氫鍵.

a) 對接結果3D圖; b) 對接結果活性位點2D圖 圖3　化合物Zinc64550058與DOT1L對接結果 Fig.3　The docking result of compound Zinc64550058 and DOT1L

3結語

多數化合物平面方環結構與LYS187、PHE223存在疏水性相互作用，其中平面環狀結構與PHE223處于平行位置，環間存在π-π相互作用，環

上N原子與ASP222、LYS187、GLY221、GLY163存在氫鍵相互作用，五元環羰基與VIL135、GLU134存在氫鍵相互作用，這可能是化合物與3QOW的蛋白晶體產生作用的關鍵.

分子對接中40個配體小分子均可與3QOW受體蛋白的活性位點結合以達到抑制組蛋白甲基轉移酶活性的作用，與活性部位的關鍵氨基酸形成氫鍵. R基中含胍基的2個化合物打分值最高，分子相對活性較高.中靶化合物小分子能很好地與3QOW活性中心結合并與活性中心的關鍵氨基酸形成氫鍵，結構穩定具有較強競爭力.中靶小分子化合物對于研究新型潛在高活性組蛋白甲基轉移酶小分子抑制劑化合物的合成具有指導意義.

參考文獻

[1]Min J, Feng Q, Li Z, et al. Structure of the catalytic domain of human DOT1L, a non-SET domain nucleosomal histone methyltransferase[J]. Cell,2003,112(5):711-723.

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[3]Dlakic′ M.Chromatin silencing protein and pachytene checkpoint regulator Dot1p has a methyltransferase fold[J]. Trends Biochem Sci,2001,26(7):405-407.

[4]王溪, 朱衛國. 組蛋白甲基化酶及去甲基化酶的研究進展[J]. 癌癥, 2008, 27(10): 1018-1025.

[5]張武文, 李逸平. 組蛋白甲基化修飾酶與早期胚胎發育[J]. 生命科學, 2012, 24(7): 653-659.

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[8]戴康, 薛安琪. 三氮唑類化合物基于人克氏錐蟲病原體CYP51分子對接研究[J]. 中南民族大學學報:自然科學版, 2013, 32(4): 53-55.