开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
研究内容:氧化应激产生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)直接或间接地损伤细胞内蛋白质、脂质、核酸等大分子物质的生理功能,是众多疾病发生的病理生理基础。机体形成了一套复杂的氧化应激应答系统,当暴露于亲电子试剂或活性氧刺激时,能诱导出一系列的保护性蛋白,以缓解细胞所受的损害。Nrf2(NF-E2-related factor 2)是细胞氧化应激反应中的关键因子,受Keap1的调控,通过与抗氧化反应元件ARE(antioxidant response element)相互作用,调节抗氧化蛋白和II相解毒酶的表达。本课题即致力于设计有效的Keap1抑制剂,即Nrf2-ARE激活剂,作为抗氧化剂,抗炎剂和抗癌剂研制的基础 。
课题计划:二月到三月进行文献调研及实验思路设计相关工作,四五月份进行具体实验与方法改进探究,之后进行毕业论文的完成
实验方法:1化合物的合成:根据设计氟合成路线对目标化合物进行合成,并对得到的目标化合物采用1H-NMR、13C-NMR、ESI-MS、IR 和HPLC 等手段进行结构确证。
2生物活性评价和确证:分为 Keap1-Nrf2 相互作用靶标水平和细胞水平的测试。靶标水平包括荧光偏振竞争结合检测Keap1-Nrf2 蛋白-蛋白相互作用抑制实验、基于生物膜干涉的Keap1 结合动力学测试和基于微量量热滴定的Keap1 结合热力学测试。细胞水平测试包括Nrf2-ARE 诱导活性测试和Nrf2 下游基因激活测试。体内抗炎活性测试采用LPS 诱导的急性炎症模型
设计思路:使用竞争性的、直接干扰Keap1参与的PPI (蛋白-蛋白相互作用)的Nrf2激活剂相对于现在最常用的共价修饰关键半胱氨酸残基,以及直接干扰Keap1-Nrf2 PPI(蛋白-蛋白相互作用)两种调控方式,可以避免由于共价结合的Nrf2激活剂缺乏选择性和专一性,导致该类激活剂容易造成脱靶效应,造成意想不到的毒副作用。
破坏泛素缀合复合物与其底物之间的蛋白-蛋白相互作用已被多个实验成功地证明。因此,直接破坏Keap1-Nrf2蛋白-蛋白相互作用是调节Nrf2活性的新策略,是设计Nrf2激活剂的新的思路。通过设计与Keap1紧密结合的小分子,干扰Keap1与Nrf2的结合,从而抑制Nrf2的泛素化降解,致使新合成的Nrf2的积累和Nrf2的同时活化。
Keap1与底物结合腔为小分子提供了锚定位点。一般而言,Keap 1中的结合腔可以分成称为P 1 ~P 5的5个亚口袋。极性子袋P1和P2在与底物结合中起重要作用。P1由残基Ser508,Phe478,Ile461,Arg483和Arg415形成,带正电; 并与Arg483和Arg415具有静电相互作用,这对于结合具有重要意义。P2子袋由Ser363,Arg380,Asn382和Asn414组成,也带有正电荷。 值得注意的是,Arg415可以同时与P1和P2相互作用。 P3子袋由Gly509Ala556,Ser555,Ser602,Gly603和Gly571形成并占据肽主链。 这些氨基酸残基的小尺寸使这个口袋对空间位阻敏感。
结合能计算的结果表明,范德华的贡献是结合能的主要来源,这表明完全占据Keap1中的五个子袋对于加强结合亲和力非常重要,这可以作为开发针对Keap1抑制剂的良好起点。 Keap1的极性子袋(P1和P2)和非极性子袋(P4和P5)对分子间相互作用作出重要贡献。在P1和P2亚口袋中,恰好位于腔中且恰当地连接到支架上的羧甲基组对Keap1结合作出了重要贡献。 Nrf2的ETGE基序中的Glu残基就是一个很好的例子。在P4和P5亚子袋子中,疏水片段如Leu,Ile和Phe是有利的。P3的亚子袋在结合能方面是不必要的,MD模拟研究表明P3亚子袋可以被肽底物的支架占据。 保守的氢键在稳定结合构象中起到非常重要的作用。这些信息带给我们设计有效的Keap1抑制剂,即Nrf2-ARE激活剂,新的设计思路和策略。
文献综述:
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