新型抗结核药靶TPP及先导化合物的研究

【摘要】结核分枝杆菌是结核病的病原菌,结核病是当今人类的第一杀手,严重危害人类健康。二十世纪中期抗结核药物的发现及使用,结核病曾一度得到控制,但是近十几年来耐药结核杆菌的广泛出现,使得结核病这一全球性的疾病卷土重来,给人类带来严重的威胁与挑战,因此研发新型抗结核药物迫在眉睫。结核分枝杆菌细胞壁内的某些成份独特,细胞壁合成途径中的因子可以成为抗结核药物设计的合适靶标。研究表明海藻糖磷酸磷酸酶(Trehalosephosphatephosphatase,TPP)与结核分枝杆菌的生长紧密相关,并且TPP在耐异烟肼结核分枝杆菌中呈现上调表达。本研究选取结核分枝杆菌海藻糖磷酸磷酸酶作为药物靶标,开展了基于虚拟筛选抗结核先导化合物的发现和晶体学研究的工作。1)运用分子生物学技术克隆了TPP编码基因Rv3372,然后重组构建到原核表达载体上,在大肠杆菌中进行表达并纯化了TPP蛋白,通过生化分析重组蛋白具有海藻糖磷酸磷酸酶活性；2)采用同源模建方法获得了TPP蛋白的三维结构,并进行活性位点的分析；3)通过基因定点突变研究,发现突变蛋白几乎丧失海藻糖磷酸磷酸酶的活性,验证了活性位点的正确性；4)基于TPP蛋白结构的虚拟筛选方法从LeadQuest化合物数据库中获得67个小分子化合物,通过抗结核活性筛选后进一步进行基于配体的筛选研究,得到41个小分子化合物,最后通过对活性先导化合物进行改造,有机合成获得21个小分子化合物；5)将小分子化合物在体外分别对结核分枝杆菌H37Ra菌株、H37Rv菌株和临床耐药分离菌株进行抑制作用评价试验,发现有5个小分子化合物对H37Ra菌株的MIC低于0.39μg/ml,其中有1个小分子化合物对H37Rv菌株和临床耐药菌株的MIC达到0.14μg/m1；6)通过分析11个小分子化合物对TPP蛋白酶活性的抑制作用,结果表明有4个化合物在一定程度上能够有效地降低酶活性,其中有3个小分子化合物能够有效地抑制结核杆菌的生长；7)对重组TPP蛋白进行大量表达和蛋白纯化方法的摸索,最终确立了TPP蛋白的纯化思路和方法；8)用符合晶体生长要求的TPP蛋白样品进行晶体培养试验,进行大量的生长条件筛选和优化以促使TPP蛋白分子能够规律有序地堆积成晶体,并对获得的晶体进行了X-射线衍射分析。本论文研究工作中获得的先导化合物为研发新型抗结核药物打下了坚实的基础。
【作者】罗如松；
【导师】王洪海；
【作者基本信息】复旦大学，微生物学，2010，博士
【关键词】结核分枝杆菌；药物靶标；海藻糖磷酸磷酸酶；虚拟筛选；同源模建；蛋白晶体；

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