1、1本科毕业论文系列开题报告生物技术结构新颖的CYCLIND1CDK4抑制剂的QSAR研究一、选题的背景与意义背景近年随着分子生物学技术的突飞猛进，肿瘤发病机制的阐述、抗肿瘤靶点的寻找、新型抗肿瘤药物的开发以及治疗手段的创新和综合运用都有了长足的进步。自2001年诺贝尔生理学和医学奖获得者发现细胞周期的关键调节因子细胞周期依赖性蛋白激酶CDKS和周期蛋白以来,终于解释了肿瘤发病机制。目前认为，肿瘤是一类渐进性细胞周期调控机制破坏的疾病，在肿瘤细胞中细胞周期依赖抑制剂CDI基因常常出现突变或缺失，使CDI对CDKS的负性调控作用降低或者完全丧失，这一现象引起了研究人员的广泛关注。细胞周期及其相关分
2、子的调控研究成为肿瘤研究的热点，而研发细胞周期依赖激酶CDKS的抑制剂更是成为抗肿瘤药物的热点问题。当前已经发现并命名的CDK激酶有CDK1、CDK2、CDK3、CDK4、CDK5、CDK6、CDK7、CDK8、CDK9、CDK10、CDK11、CDK12、CDK13。CDK4通过与周期蛋白DL结合使底物磷酸化，控制G1时期的进行。由于正常细胞通常在G0G1时期之间休眠，要缓解肿瘤细胞对正常细胞的威胁，在G1阶段抑制肿瘤细胞生长要比在细胞周期的其它阶段的程度大，因此CDK4成为基于CDKS抗癌药物设计中最吸引人的一个靶标，研究其抑制剂也就具有相当重要的意义。而且直到09年，CDK4的单体结构才
3、被破解，通过对其三维结构的解析，对应用计算机辅助设计而获得CDK4的小分子抑制剂的研究具有重要的指导和参考价值。定量构效关系（QSAR）分析是指利用理论计算和统计分析工具来研究系列化合物结构（包括二维分子结构、三维分子结构和电子结构）与其生物效应（如药物的活性、毒性、药效学性质、药物代谢动力学参数和生物利用度等）之间的2定量关系，是药物研究中的一个重要理论计算方法和常用手段。COMFA自1988年提出以来，己经是最重要的3DQSAR研究方法之一，它是通过研究药物与受体非共价相互作用时的静电场和立体场来探寻药物分子性质。结构新颖的CYCLIND1CDK4抑制剂的QSAR研究就是指把抗肿瘤药物的研
4、究即一种新型的CYCLIND1CDK4的有效抑制剂与计算机技术融合，在药物分子设计、分子结构优化等方面，应用计算机分子模拟技术和理论化学计算方法研究药物的作用机理，进而采用计算机辅助药物设计方法设计新的高效、低毒药物分子，极大地提高了科研速度与成功率。意义抗肿瘤药物的不仅能够治疗肿瘤挽救生命，同时能够满足当前市场的迫切需求带来可观的经济效益。作为一类新型的抗肿瘤药物，CDKS抑制剂因其对细胞周期蛋白的失控和肿瘤的发生具有密切关联，使得CDKS抑制剂的研究备受人们关注。其中，CDK4作为调控细胞周期中的G1/S期的激酶，在肿瘤的发生中发挥着极其关键的重要作用。更振奋人心的是，在09年CDK4的单
5、晶结构首次成功分离得到，CDK4的三维结构也终于被解析，这一重要的变化对于人们终于可以摆脱以往只能通过利用CDK2与抑制剂的结合模式来判断CDK4与抑制剂结合模式带来的问题，为更加清晰的研究该酶的作用机理及合理设计其抑制剂具有深刻的意义。近年来高新技术的迅猛发展与应用，给医药研究与生产领域带来了一系列近乎革命的变化，传统的研究思想与技术已远远难以满足企业的需求，高新技术已成为日常科研、生产的常规手段。结构新颖的CYCLIND1CDK4抑制剂的QSAR研究正是在CDK4抑制剂有效化学成分的发现过程中，应用计算机辅助筛选新技术、已知结构模拟技术、立体结构对接技术、分子量能量计算，分子相互作用力预测
6、等手段，寻找能与特定药物作用靶点有效结合的分子结构作为研究对象，使科研工作的针对性大大提高，抗肿瘤新药物的研究提供了极大的便利。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题基本内容应用计算机辅助分析技术，通过运用理论计算和统计分析工具QSAR来研究一种结构新颖的噻吩并2,3D嘧啶4腙类CDK4抑制剂在结构与其生物活性3之间的定量关系。首先，构建该类抑制剂中活性最高的化合物结构，以09年解析得到的CDK4的单体晶体结构为靶点，通过分子对接得到合理的抑制剂的药效构象，然后其它抑制剂化合物在这个合理构象的基础上进行构建，对新构建的化合物做部分优化以得到合理的构象，最后，采用基于比较分子力场分析法（COMFA
7、）得到该类新颖的CDK4抑制剂的3DQSAR模型，以及利用TSAR软件计算所构建的抑制剂的结构参数，以TSAR自带的统计分析法构建2DQSAR模型。研究的最后结果是给出这类抑制剂的结构改造和修饰的指导意见，以及CDK4的ATP结合口袋的基本特性。拟解决的主要问题1）确定活性最高的噻吩并2,3D嘧啶4腙类抑制剂与CDK4的结合构象得到合理的抑制剂的药效构象是做好定量构效关系（QSAR）的基础。结构决定性质，不管基础COMFA参数的3DQSAR研究还是基于TSAR计算参数的2DQSAR研究，都需要合理的化合物构象。通过分子对接的方法，以结合能作为评价标准，得到合理的结合构象。2）CDK4ATP结构
8、口袋的特性和抑制剂的结构修改指导通过QSAR研究，建立噻吩并2,3D嘧啶4腙类抑制剂的较理想的QSAR模型，指导这类抑制剂以及其它抑制剂的结构改造。通过COMFA的分子场图给出CDK4ATP结合口袋的性质。三、研究的方法与技术路线主要研究方法（1）分子对接分子对接是研究分子间（如配体如受体）相互作用，并预测其结合模式和亲和力的一种理论模拟方法。（2）COMFA分子场分析抑制剂与受体之间的可逆相互作用主要是通过非共价作用，如范德华相互作用、静电相互作用、氢键相互作用和疏水相互作用等。作用于同一个受体的一系列药物分子，他们与受体之间的各种作用力场应该有一定的相似性。比较分子场分析（COMFA）方法
9、研究这些药物分子周围的力场分布，并把它们与药物分子活性定量地联系起来，建立3DQSAR模型4（3）TSARTSAR（TOOLSFORSTRUCTUREACTIVITYRELATIONSHIPS）是2000年由OXFORDMOLECULAR公司开发的用于研究定量结构活性关系的软件。TSAR根据小分子的三维结构计算结构参数并得到回归模型。技术路线如下所示四、研究的总体安排与进度2010年12初查阅文献，完成文献综述，制定任务书，进行开题报告201012201102学习分子对接软件和化合物结构构建201103201104学习COMFA软件，TSAR软件，完成2篇外文翻译201104201105完成毕
10、业论文五、主要参考文献1绉向阳,李连宏,细胞周期调控与肿瘤J国际遗传学杂志,2006,29170732杨建刚,熊全臣,孙乃学等细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂在眼科的研究进展J世界核心医学期刊文摘眼科学,2005,18123任晓岚,尤启东,李志裕细胞周期蛋白依赖激酶小分子抑制剂的研究进展J中国药师,2006,91105210544高燕,林莉萍,丁健细胞周期调控的研究进展J生命科学,2005,17431833255杨书梅,赵文娜,吴天星细胞周期蛋白依赖性激酶CDK4抑制剂的3DQSAR研究J浙江大学学报,2008,3521911976SIANA,JANICEO,WAYNEJ,ETALSTRUCTUR
11、ALDETERMINANTSOFCDK4INHIBITIONANDDESIGNOFSELECTIVEATPCOMPETITIVEINHIBITORSJCHEMBIOL,2004,1145255347PHILIPT,ANNEC,IANJ,ETALCRYSTALSTRUCTUREOFHUMANCDK4INCOMPLEXWITHADTYPECYCLINJPNAS,2009,10611416641708TAKAKIT,ECHALIERC,BROWNJ,ETALTHESTRUCTUREOFCDK4/CYCLIND3HASIMPLICATIONSFORMODELSOFCDKACTIVATIONJPNAS,
12、2009,10611417141769陈丽红,李一伟,高凌云肿瘤抑制基因P16研究进展J福建医科大学学报,2003,371394110LUKASJ,PARRYD,STRAUSSM,ETALRETINOBLASTOMAPROTEINDEPENDENTCELLCYCLEINHIBITIONBYTHETUMOURSUPPRESSORP16JNATURE,1995,375653150350611郭欣,王玉成细胞周期蛋白依赖性激酶研究进展J中国抗生素疗杂志,2009,341828512李峰,陈临溪,细胞周期蛋白D与细胞周期调控研究进展J国外医学生理、病理科学与临床分册,2005,25327027313马
13、骥,刘文超细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂与肿瘤相关性的研究进展J中国肿瘤生物治疗杂志,2009,16331531814何云松,严小军,梁洪泽海洋活性物质FASCAPLYSIN及衍生物的化学合成与构效关系研究进展J天然产物研究与开发,2008,2061108111315RAJEEVS,LIONELM,PASCALF,ETALINHIBITIONOFCYCLINDEPENDENTKINASE4CDK4BYFASCAPLYSIN,AMARINENATURALPRODUCTJBIOBIORESCOM,2000,275387788416OLEGS,VYACHESLAVL,GEORGEBASIMPLEAND
14、PRACTICALAPPROACHTOTHESYNTHESISOFTHEMARINESPONGEPIGMENTFASCAPLYSINANDRELATEDCOMPOUNDSJTETLET,1997,38305339534217郭婷婷,陆涛临床试验阶段的CDK抑制剂的研究进展J中南药学,2008,6558658918CHRISTINAR,DONALDM,WILHELMINAD,ETALFLAVOPIRIDOLSENSITIVITYOFCANCERCELLSISOLATEDFROMASCITESANDPLEURALFLUIDSJCLINCANCERRES,2005,1193523352919MARI
15、KOM,SATORUS,KOHICHIN,ETALFLAVOPIRIDOL,ACYCLINDEPENDENTKINASECDKINHIBITOR,INDUCESAPOPTOSISBYREGULATINGBCLXINORALCANCERCELLSJORAONC,2003,391495520李文赟,张磊,李福龙等抗肿瘤细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂的研究进展J国外医药抗生素分册,2009,30311312121MARVINR,GARYB,KRISTINAK,ETAL4PHENYLAMINOMETHYLENEISOQUINOLINE1,32H,4HDIONESASPOTENT6ANDSELECTIVE
16、INHIBITORSOFTHECYCLINDEPENDENTKINASE4CDK4JJMEDCHEM,2008,51123507352522LEIB,XIL,LIUH,ETALGLOBAL,LOCALANDNOVELCONSENSUSQUANTITATIVESTRUCTUREACTIVITYRELATIONSHIPSTUDIESOF4PHENYLAMINOMETHYLENEISOQUINOLINE1,32H,4HDIONESASPOTENTINHIBITORSOFTHECYCLINDEPENDENTKINASE4JANALCHIMACTA,2009,64413507351023HORIUCHI
17、T,CHIBAJ,UOTOK,ETALDISCOVERYOFNOVELTHIENO2,3DPYRIMIDIN4YLHYDRAZONEBASEDINHIBITORSOFCYCLIND1CDK4SYNTHESIS,BIOLOGICALEVALUATION,ANDSTRUCTUREACTIVITYRELATIONSHIPSJBIOORGMEDCHEMLETT,2009,19230530824HORIUCHIT,CHIBAJ,UOTOK,ETALDISCOVERYOFNOVELTHIENO2,3DPYRIMIDIN4YLHYDRAZONEBASEDINHIBITORSOFCYCLIND1CDK4SYN
18、THESIS,BIOLOGICALEVALUATION,ANDSTRUCTUREACTIVITYRELATIONSHIPSPART2JBIOORGMEDCHEMLETT,2009,17237850786025CHARLESJ,JAMESMINHIBITORSOFMAMMALIANG1CYCLINDEPENDENTKINASESJGENDEV,1995,910114911637毕业论文文献综述生物技术细胞周期依赖性激酶CDK4抑制剂的研究进展摘要细胞周期依赖性激酶CDKS对维持正常的细胞周期具有重要的意义，直接或间接的影响着细胞的增殖以及凋亡等功能，与肿瘤的发生发展密切相关。其中，CDK4作为调
19、控G1/S期的激酶，受细胞周期蛋白D1和P16蛋白的正负反馈调控。抑制CDK4的活性能够抑制肿瘤细胞的异常无限增值。CDK4抑制剂主要包括细胞周期依赖抑制剂（CKI）P16、天然提取物质FLAVOPIRIDOL、FASCAPLYSIN以及对FASCAPLYSIN的模拟设计的类似物和其他一些通过人工化学合成而获得的小分子抑制物异喹啉、腙类、嘧啶类和吡啶并嘧啶类等。关键词细胞周期依赖性激酶CDK4；抑制剂；P16；FASCAPLYSIN细胞周期依赖性激酶（CYCLINDEPENDENTKINASE），简称CDK。目前已经公认，CDK对细胞周期起着核心调控的作用。当前已经发现并命名的CDK激酶有CD
20、K1、CDK2、CDK3、CDK4、CDK5、CDK6、CDK7、CDK8、CDK9、CDK10、CDK11、CDK12、CDK13。不同种类的细胞周期蛋白能与不同的CDK结合，形成的复合物能够在细胞周期的不同时期表现出特异的活性，可以调控周期中的不同时期的活动。已有大量事实证实，细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂相关基因的突变和表达失调可直接或间接影响细胞的周期、增殖以及凋亡等功能,与肿瘤的发生发展密切相关13。1CDK4的生物功能生物体内的正常细胞都是处于相对有序的细胞周期中，从而稳定的执行特异的生物学功能。此外，有些细胞在机体的生物学调控下会暂时的离开细胞周期，从G1期转化为G0期细胞即停止分
21、裂转变成终末分化细胞去执行一定的生物学功能。因此这也说明细胞周期的调控具有重要的生物学意义4。细胞细胞周期有3个检验点CHECKPOINT，即G1/S检验点、G2/M检验点和纺锤体组装检验点。其中以G1/S检验点最为重要。细胞由G1期向S期转化是细胞繁殖过程中的重要生命活动之一，同时标志着细胞能否复制其DNA和其他与细胞分裂有关的生物大分子，进而完成细胞分裂。在G1期发挥作用的主要是CYCLIND及其结合分子的CDK4和CDK65。在正常的细胞中，正是通过这些固有的一系列监控机制（检验点），鉴别细胞周期进程中的错误，同时产生特异的抑制因子即CDKS抑制物CKIS如P16INK4，阻止细胞周期的
22、进一步进行，这对避免正常细胞发展成肿瘤细胞具有极其重要的意义6。在正8常的细胞周期中，CDK4对细胞周期的调控是正负反馈调节方式来实现的。其正调控通过与细胞周期蛋白D1结合形成复合物,使视网膜母细胞瘤易感基因（即RB基因，为一种抑癌基因）的蛋白产物PRB磷酸化，进而激活某些转录活化因子如E2F异源双体转录子，E2F则能活化DNA合成基因和细胞生长控制基因，启动DNA合成，使细胞由G1期进入S期。而CDK4对细胞周期的负性调节作用是通过P16蛋白与CYCLIND1竞争与CDK4结合。因此，细胞周期蛋白D1和P16蛋白对CDK4共同作用才完成对细胞增殖周期的调控7,8。P16基因的失活将导致细胞的
23、过度增殖，并可最终导致长生肿瘤。因此研究CDK4的生物功能及其抑制剂具有重要抗肿瘤意义。2主要的CDK4抑制剂CDK4作为重要的细胞周期调控激酶，无论是国内还是国外对其抑制剂的研究一直是个焦点问题。目前，CDK4抑制剂可以分类为细胞周期依赖抑制剂P16，天然提取物质FLAVOPIRIDOL，FASCAPLYSIN以及对FASCAPLYSIN的模拟设计的类似物和其他一些通过人工化学合成的小分子抑制物异喹啉、腙类、嘧啶类和吡啶并嘧啶类等等。21P16蛋白P16蛋白是一种细胞周期蛋白依赖激酶抑制剂，能够通过使CDKS失活，引起视网膜母细胞瘤蛋白PRB发生磷酸化，从而抑制细胞周期的进程，并对细胞周期起
24、负调控作用9。至今所发现的12种抑癌基因中，P16基因以其独特的结构和抑癌功能为人们所重视。P16与PRB都是十分重要的肿瘤抑制因子，能够调控细胞周期。此外，另一种重要的肿瘤抑制因子之一是P53蛋白。在所有的内源性CDKS抑制剂中，P16对CDK4具有专一性抑制作用，而P21和P27等则是普遍的抑制所有的CDKS而已10,11。CYCLIND1能够通过结合CDK4/CDK6而使得细胞周期过渡到S期。但是，P16蛋白是一种强效的CDKS抑制剂，会限制着CDK4/CDK6的激活反应。此外，P16、PRB以及CYCLIND1都是重要的细胞周期检验点12。其中，P16蛋白是通过阻碍CYCLIN与CDK
25、4/CDK6的结合而阻断细胞从G1期向S期的过渡，是G1期的检验点。在所有的检验点中，由于G1期CYCLIND1与CDK4/CDK6结合形成复合物直接决定着细胞是否返回静息期成为G0期细胞，或是进入S期进行细胞分裂13。因而，G1期检验点是最关键、最重要的。肿瘤的发生正是细胞进入S期后，由于细胞分裂异常而无限增值造成的。对于P16抑制CDKS的机理研究表明，P16能够结合于CDK4/CDK6，使得后者的构象发生改变并使得其上的ATP结合位点发生扭曲13，因9而无法利用ATP来完成该激酶完整的生物学功能从而抑制了CDK4/CDK6的活性。因此，P16能够限制细胞增殖，达到抑癌的目的。22天然提取
26、物质抑制剂221FASCAPLYSIN及其类似物FASCAPLYSIN最初是在1988年由一种名为FASCAPLYSINOPSISSP的海绵体内发现并分离得到的一种红色色素，12H吡啶1,2A3,4B吲哚，是一种吲哚类生物碱14。这种红色色素后来在FRETICULATA海绵体内也有分离到。1992至1994年间，许多研究证实FASCAPLYSIN具有抗菌活性，并且对FASCAPLYSIN的人工合成研究也开始了。而近年来发现FASCAPLYSIN除了具有抗菌活性外还具有其他的作用抗病毒，激活HIVRTP56酪氨酸激酶，抗疟疾以及能够抑制癌细胞的异常无限增殖15。因此，FASCAPLYSIN可以作
27、为一种抗肿瘤药物，尤其是FASCAPLYSIN表现出对CDK4的特异性抑制作用。这一现象正是通过对CDK2晶体结构的同源建模而发现的。由于CDKS是一种同源蛋白，特别是CDK2与CDK4分子中的ATP结合口袋表现出一定的相似性，因而才发现FASCAPLYSIN也能够结合CDK4的ATP结合口袋。当FASCAPLYSIN与ATP竞争CDK4的结合口袋后就会影响CDK4对细胞周期的调控功能的发挥，因而影响细胞由G1期过渡到S期，阻断细胞增殖过程，抑制肿瘤发生16。然而FASCAPLYSIN的弊端是由于它是一种平面结构的化合物,可以发生DNA嵌入正是由于这种DNA的嵌合作用，所以FASCAPLYSI
28、N的部分生物活性表现在其对遗传物质的干涉。因此通过模拟FASCAPLYSIN而设计类似物的可以达到降低其毒性的效果。222FLAVOPIRIDOLFLAVOPIRIDOL是一种黄酮类化合物，最初是从一种印度植物中分离得到。因其表现出抑制细胞增殖的活性而被应用于抗肿瘤药物的研究中，而且是首个进入癌症治疗的临床试验的CDK抑制剂17。其晶体学研究发现FLAVOPIRIDOL的抑制能力是因其结合于各种CDKS的ATP结合口袋而造成的18。I期临床试验也证实FLAVOPIRIDOL对多种CDK都具有抑制活性，能够抑制CDK1CDK9，并且是强效的抑制剂。此外，FLAVOPIRIDOL对CYCLIND的
29、转录也具有抑制作用。但是对FLAVOPIRDOL的II期临床试验结果并不理想，而且也不能特异的抑制CDK419。23人工化学合成的小分子抑制剂231异喹啉类4苯基胺基亚甲基异喹啉1,32H,4H二酮衍生物，是一种异喹啉类衍生物，目前做为一种新型的CDK4选择性抑制剂而受到广泛的关注20。该类异喹啉衍生物也是通过结合CDK4上的ATP结合口袋来抑制激酶对ATP的利用从而影响CDK4调控细胞周期进程而抑制细胞增10殖。此外，它也能够抑制CDK1和CDK2，但是对CDK4的抑制活性是最大的。对于该异喹啉类化合物的人工改造研究时发现，对于CDK4的抑制活性而言其含有碱性氨基的苯胺环是必不可少的，而且对
30、于进一步提高其抑制活性而言其上的二酮母核的C4，C6和C7位取代上芳香基团等是必要的21,22。因此，有必要对此类化合物进一步进行药物改造，使其CDK4的抑制活性再度提高而抑制肿瘤发生。232腙类噻吩并2,3D嘧啶4腙类及其衍生物是由HORIUCHI等23,24通过高通量筛选法获得一种新型的CDK4抑制剂。该类CDK4抑制剂对于CDK2和CDK4表现出良好的选择性，且对于CDK4的抑制活性要明显的区别于对CDK2的抑制活性。因此，可以作为CDK4的选择性抑制剂。这类腙类小分子抑制剂对于CDK4的抑制作用同样是通过与ATP竞争CDK4分子上的ATP结合位点而抑制CDK4并进一步抑制细胞增殖的进行
31、，而且其分子结构中的腙上的NH对于CDK4的抑制活性是必须结构，被取代后会使其抑制剂活性丧失。这些信息对于药物设计中该腙类小分子的结构改造和修饰是很必要的。233嘧啶类和吡啶并嘧啶类基于嘌呤类CDKS抑制剂的结构而设计的新型细胞周期依赖激酶抑制剂，嘧啶类和吡啶并嘧啶类化合物，已经发现能对CDK2，CDK4，CDK5和CDK6等表现出较好的抑制活性。特别是CINK4（嘧啶类）对于CDK4，CDK6都具有较强的抑制活性，可以作为一种CDK4的抑制剂的改造模板而进一步研究以提高对CDK4的选择性，抑制人类肿瘤的增殖作用。3展望CDK4通过与周期蛋白DL结合使底物磷酸化，控制G1时期的进行。由于正常细
32、胞通常在G0G1时期之间休眠，要缓解肿瘤细胞对正常细胞的威胁，在G1阶段抑制肿瘤细胞生长要比在细胞周期的其它阶段的程度大，因此CDK4成为基于CDKS抗癌药物设计中最吸引人的一个靶标，研究其抑制剂也就具有相当重要的意义25。而且直到09年，CDK4的单体结构才被破解，通过对其三维结构的解析，对应用计算机辅助设计而获得CDK4的抑制剂的研究具有重要的指导和参考价值，CDK4抑制剂的研究将更加广泛而深入地进行。参考文献111绉向阳,李连宏,细胞周期调控与肿瘤J国际遗传学杂志,2006,29170732杨建刚,熊全臣,孙乃学等细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂在眼科的研究进展J世界核心医学期刊文摘眼科学,
33、2005,18123任晓岚,尤启东,李志裕细胞周期蛋白依赖激酶小分子抑制剂的研究进展J中国药师,2006,91105210544高燕,林莉萍,丁健细胞周期调控的研究进展J生命科学,2005,1743183325杨书梅,赵文娜,吴天星细胞周期蛋白依赖性激酶CDK4抑制剂的3DQSAR研究J浙江大学学报,2008,3521911976SIANA,JANICEO,WAYNEJ,ETALSTRUCTURALDETERMINANTSOFCDK4INHIBITIONANDDESIGNOFSELECTIVEATPCOMPETITIVEINHIBITORSJCHEMBIOL,2004,1145255347PH
34、ILIPT,ANNEC,IANJ,ETALCRYSTALSTRUCTUREOFHUMANCDK4INCOMPLEXWITHADTYPECYCLINJPNAS,2009,10611416641708TAKAKIT,ECHALIERC,BROWNJ,ETALTHESTRUCTUREOFCDK4/CYCLIND3HASIMPLICATIONSFORMODELSOFCDKACTIVATIONJPNAS,2009,10611417141769陈丽红,李一伟,高凌云肿瘤抑制基因P16研究进展J福建医科大学学报,2003,371394110LUKASJ,PARRYD,STRAUSSM,ETALRETINOB
35、LASTOMAPROTEINDEPENDENTCELLCYCLEINHIBITIONBYTHETUMOURSUPPRESSORP16JNATURE,1995,375653150350611郭欣,王玉成细胞周期蛋白依赖性激酶研究进展J中国抗生素疗杂志,2009,341828512李峰,陈临溪,细胞周期蛋白D与细胞周期调控研究进展J国外医学生理、病理科学与临床分册,2005,25327027313马骥,刘文超细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂与肿瘤相关性的研究进展J中国肿瘤生物治疗杂志,2009,16331531814何云松,严小军,梁洪泽海洋活性物质FASCAPLYSIN及衍生物的化学合成与构效关系研
36、究进展J天然产物研究与开发,2008,2061108111315RAJEEVS,LIONELM,PASCALF,ETALINHIBITIONOFCYCLINDEPENDENTKINASE4CDK4BYFASCAPLYSIN,AMARINENATURALPRODUCTJBIOBIORESCOM,2000,275387788416OLEGS,VYACHESLAVL,GEORGEBASIMPLEANDPRACTICALAPPROACHTOTHESYNTHESISOFTHEMARINESPONGEPIGMENTFASCAPLYSINANDRELATEDCOMPOUNDSJTETLET,1997,383
37、05339534217郭婷婷,陆涛临床试验阶段的CDK抑制剂的研究进展J中南药学,2008,6558658918CHRISTINAR,DONALDM,WILHELMINAD,ETALFLAVOPIRIDOLSENSITIVITYOFCANCERCELLSISOLATEDFROMASCITESAND12PLEURALFLUIDSJCLINCANCERRES,2005,1193523352919MARIKOM,SATORUS,KOHICHIN,ETALFLAVOPIRIDOL,ACYCLINDEPENDENTKINASECDKINHIBITOR,INDUCESAPOPTOSISBYREGULATI
38、NGBCLXINORALCANCERCELLSJORAONC,2003,391495520李文赟,张磊,李福龙等抗肿瘤细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂的研究进展J国外医药抗生素分册,2009,30311312121MARVINR,GARYB,KRISTINAK,ETAL4PHENYLAMINOMETHYLENEISOQUINOLINE1,32H,4HDIONESASPOTENTANDSELECTIVEINHIBITORSOFTHECYCLINDEPENDENTKINASE4CDK4JJMEDCHEM,2008,51123507352522LEIB,XIL,LIUH,ETALGLOBAL,LOCAL
39、ANDNOVELCONSENSUSQUANTITATIVESTRUCTUREACTIVITYRELATIONSHIPSTUDIESOF4PHENYLAMINOMETHYLENEISOQUINOLINE1,32H,4HDIONESASPOTENTINHIBITORSOFTHECYCLINDEPENDENTKINASE4JANALCHIMACTA,2009,64413507351023HORIUCHIT,CHIBAJ,UOTOK,ETALDISCOVERYOFNOVELTHIENO2,3DPYRIMIDIN4YLHYDRAZONEBASEDINHIBITORSOFCYCLIND1CDK4SYNTH
40、ESIS,BIOLOGICALEVALUATION,ANDSTRUCTUREACTIVITYRELATIONSHIPSJBIOORGMEDCHEMLETT,2009,19230530824HORIUCHIT,CHIBAJ,UOTOK,ETALDISCOVERYOFNOVELTHIENO2,3DPYRIMIDIN4YLHYDRAZONEBASEDINHIBITORSOFCYCLIND1CDK4SYNTHESIS,BIOLOGICALEVALUATION,ANDSTRUCTUREACTIVITYRELATIONSHIPSPART2JBIOORGMEDCHEMLETT,2009,1723785078
41、6025CHARLESJ,JAMESMINHIBITORSOFMAMMALIANG1CYCLINDEPENDENTKINASESJGENDEV,1995,9101149116313本科毕业设计（20_届）结构新颖的CYCLIND1CDK4抑制剂的QSAR研究目录1引言211CYCLIND1CDK4及其抑制剂的作用机理2111CYCLIND1CDK42112CYCLIND1CDK4抑制剂的作用机理212分子对接313QSAR3131QSRA研究的发展现状3132COMFA4133TSAR42分子计算521分子来源及实验相关软件522分子对接5221抑制剂（配体）的构建及CDK4分子的预处理522
42、2GOLD对接523COMFA计算建立3DQSAR模型6231活性分子的构建及其分子叠合6232COMFA计算624TSAR计算建立2DQSAR模型8241抑制剂分子的导入与参数设置8242抑制剂分子结构参数的计算83结果与分析831抑制剂分子对接的活性构象及分析8323DQSAR模型及分析103213DQSAR模型103223DQSAR模型分析12332DQSAR模型及分析133312DQSAR模型133322DQSAR模型分析134讨论14致谢错误未定义书签。参考文献15摘要细胞周期依赖激酶4（CDK4）通过与细胞周期蛋白（CYCLIND1）结合形成复合物能够参与调控细胞周期G1期向S期的
43、过渡。新型CDK4抑制剂噻吩并2,3D嘧啶4腙类衍生物能够通过竞争CDK4的ATP结合口袋抑制其活性，具有抗肿瘤功能。本实验通过GOLD50软件完成CDK4分子与该类抑制剂活性最高的28号分子的柔性对接，并以打分最优的28号化合物构象作为模板构建其余抑制剂进行基于COMFA的3DQSAR建模，结果为Q20740，R20971，F157047，SEE0140，立体场贡献与静电场贡献的百分比比值为617/383。此外，通过TSAR建立的2DQSAR模型结果也很理想，其Q20683，R20978，F10917，S0130。上述二个QSAR模型都具有较强的预测能力，可以指导该腙类CDK4抑制剂衍生物的
44、进一步改造，辅助药物设计。关键词CYCLIND1CDK4；噻吩并2,3D嘧啶4腙类；分子对接；COMFA；TSARABSTRACTCYCLINDEPENDENTKINASES4CDK4TAKESPARTINREGULATINGTHETRANSITIONFROMTHEG1PHASETOTHESPHASEOFTHECELLCYCLEWHENBINDINGTOACYCLIND1NOVELANALOGUESOFINHIBITORSOFCDK4,THIENO2,3DPYRIMIDIN4YLHYDRAZONES,HAVEBEENFOUNDTOHAVETHEABILITYOFANTITUMORBYBINDI
45、NGTOTHEATPBINDINGPOCKETOFCDK4INTHISSTUDYTHEMOLECULARDOCKINGPROGRESSGOLD50WASUSEDTODOCKTHEMOSTACTIVEINHIBITORMOLECULARNO28TOTHECDK4ANDOTHERANALOGUESWEREBUILTDEPENDENTONTHATMOLECULARTHEN3DQSARMODELWEREBUILTBYTHECOMPARATIVEMOLECULARFIELDANALYSISCOMFA,GAVEACONVENTIONALR2VALUSOF0971WITHACROSSVALIDATEDQ2V
46、ALUEOF0740AT6PCS,THEPERCENTAGEOFSTERICANDELECTROSTATICATTRIBUTESIS617/383ANDTHEFVALUEIS157047,SEEVALUEIS0140,RESPECTIVELYBESIDES,THE2DQSARMODELEDBYUSINGTHETOOLSFORSTRUCTUREACTIVITYRELATIONSHIPSTSARALSOTURNOUTTOBEDESIRABLEWITHQ2VALUEOF0683,R2VALUEOF0978,FVALUEOF10917,SVALUEOF0130BOTHTHEPREDICTIONSOFT
47、HETWOMODELSWERESIGNIFICANTANDIDEALTOGIVERELIABLEDIRECTIONSFORFURTHERDEVELOPMENTOFTHEDRUGDESIGNOFTHISCDK4INHIBITORSKEYWORDSCYCLIND1CDK4THIENO2,3DPYRIMIDIN4YLHYDRAZONESMOLECULARDOCKINGCOMFATSAR21引言11CYCLIND1CDK4及其抑制剂的作用机理111CYCLIND1CDK4真核细胞的细胞周期是由细胞周期依赖激酶（CDKS）所调控。CDKS是一类丝氨酸/苏氨酸激酶类家族蛋白质，在真核细胞的生长、发育、增殖
48、以及凋亡中发挥着关键的作用1,2。CDKS与其调控亚基细胞周期蛋白CYCLINS在协调细胞度过细胞周期中发挥作用，并且它们会在特定的时期例如G1期、S期、G2期以及M期被激活。目前已经发现并鉴定的CDKS具有113种，而CYCLIN也具有不同的类型，包括CYCLINACYCLINH等。其中CYCLIND又包括CYCLIND1，CYCLIND2和CYCLIND32。在G1期，由于细胞对有丝分裂素产生应答反应，细胞周期素CYCLIND1将会增多并启动CDK4/6在G1期早期的活化进而引起CYCLINECDK2的激活，后者将有利于细胞通过细胞周期的G1期。值得人们注意的是，CDK4仅限制着细胞度过G
49、1期而CYCLINACDK2却不仅控制着G1期的过渡，同时还控制S期2,3。因此，CDK4是G1期特异的细胞周期依赖激酶。在正常细胞中，肿瘤抑制因子P16对CDK4/6的活性起着负调控的效果，而且CIP/KIP家族的细胞周期依赖激酶抑制因子CKIS对CDK2的活性也起着负性调控。但是，据报道在许多的肿瘤中发现其P16或是RB基因发生了突变，丢失或是基因沉默现象。此外，在大多数的黑色素瘤患者中发现其CDKS发生了突变，相关的调控因子的表达量也表现出异常水平24。从上述都可以看出，RB途径以及CDK4的异常，对于肿瘤来说很关键。目前，WYETH等人5证明内源性CYCLIND1及CDK4的表达将会导致RB蛋白磷酸化以及更多的细胞进入到G1期。而且，其他研究证实当哺乳动物肿瘤细胞进行CDK4基因敲除后，能够防止肿瘤的形成。除此之外，在许多癌症中已经证实CDK4CYCLIND途径失调。它们大多数遗传变异的靶点都是CDK4或CYCLIND1，而其他CDKS和CYCLINS很少发生变异3。这些结果都说明人为选择性的抑制CDK4活性将可能使细胞处于正常的周期中，而且该法可能比抑制CDK2来治疗肿瘤更加有效，特别是对于因INK4蛋白质家族，例如P16的丢失而引发的肿瘤4。112CYCLIND1CDK4抑制剂的作用机理CYCLIND1CDK4抑制剂按照其来源不同可以分为内源性和外源性抑制剂
