斜纹夜蛾行为调节剂的虚拟筛选及结合机理

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昆虫气味结合蛋白(odorant binding protein,OBPs)在昆虫发育、觅食、交配、生殖以及栖息环境的选择等生命活动过程中发挥着感知外界化学信号的重要作用。本论文以斜纹夜蛾普通气味结合蛋白1(general odorant binding protein1 of Spodopteralitura,SlitGOBP1)的氨基酸序列为基础,采用同源建模的方法构建了其三维结构模型,以此模型为行为调节剂靶标进行了基于分子对接的虚拟筛选,并筛选到28个备选化合物。通过触角电位试验和荧光结合试验发现了14个与SlitGOBP1蛋白有结合活性的化合物,并通过“Y”型嗅觉仪试验证明了53-03-2对斜纹夜蛾有引诱作用,为研发以SlitGOBP1为靶标蛋白的昆虫行为调节剂奠定了基础。本研究主要结果如下:  (1)通过搜索蛋白质结构数据库(Protein Data Bank,PDB)找到了家蚕Bombyxmori的GOBP2蛋白晶体结构(PDB编号为2WCJ)作为SlitGOBP1的蛋白模板,并同源模建了SlitGOBP1的三维结构模型。通过Veilfy Score(Profile-3D)和拉式图验证了SlitGOBP1三维结构模型的准确性和合理性,通过分子动力学模拟对模型进行了优化并验证了模型的稳定性。该三维模型由6个α-螺旋组成,Cys19与Cys54、Cys50与Cys108和Cys97与Cys117分别形成3对二硫键,折叠形成紧密的球状结构,具有内部疏水而表面亲水的特征。  (2)使用Binding Site找到了SlitGOBP1的潜在活性位点,并以此为靶标使用Ligandfit对(Available Chemicals Directory,ACD)数据库中的1,579,027个化合物进行基于分子对接的双重虚拟筛选的初筛,根据对PLP1、PL22、LigScore1、LigScore2和Dock Score五种函数的一致性评价,得到23,940个化合物。使用CDOCKER对初筛所得的化合物进行复筛,根据-CDOCKER energy、-CDOCKER interaction energy、-PLP1和LigScore1四项评价函数的得分、结构、结合模式和购买的难易程度,最终确定了28个具有潜在活性的备选化合物用于进一步分析。  (3)在28℃条件下,以0.6mmol/L IPTG诱导4小时,SlitGOBP1主要以包涵体形式存在。用His-bind树脂亲和纯化的方法,得到含His标签的融合蛋白包涵体,并成功将其复性,得到纯化的活性蛋白。  (4)通过触角电位试验测试了28种备选化合物对斜纹夜蛾触角的反应,结果显示其中的23种化合物对斜纹夜蛾触角有不同程度的反应,其中反应比较强的有45234-02-4、24305-27-9、375-95-1、2342-09-8和53-03-2。以1-NPN为荧光探针,通过荧光结合试验测试了23种备选化合物与SlitGOBP1蛋白的结合情况,结果表明53-03-2、45234-02-4、24305-27-9、678-39-7、50-24-8、754-96-1、5545-52-8、2545-89-3、375-95-1、20556-13-2、42406-77-9、865-79-2、6099-08-7和974-23-2等14种备选化合物具备一定的结合能力,而其中结合能力较强的为53-03-2、45234-02-4、24305-27-9和678-39-7。通过“Y”型嗅觉仪试验验证了53-03-2对斜纹夜蛾具有引诱作用。  (5)以配体为中心,搜索4A范围内SlitGOBP1的氨基酸,使用Calculate InteractionEnergy程序对14个活性化合物与这些氨基酸的结合能进行计算,确定了Thr9,Phe12,Trp37,Ile52,Ser56,Ile94,Glu98,Arg110和Phe118这9个氨基酸为关键氨基酸。通过分别突变这些氨基酸后重新建模对接的方法,研究了突变前后对接结果的差异,结果显示,绝大部分对接结果得分与未突变之前的得分相比,均有不同程度的下降,通过对其结合模式研究证实突变氨基酸改变了活性化合物与蛋白的结合模式,所以,将这9个氨基酸确定为关键氨基酸。本文分别对14种活性化合物与SlitGOBP1蛋白的复合体进行了lns的分子动力学模拟研究,根据结果的系统势能变化趋势、模拟构象的均方根偏差以及受体与配体形成氢键的键长这三个指标显示,这14种活性化合物均能与SlitGOBP1蛋白结合形成稳定的复合体。  
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