丙型肝炎抑制剂耐药性机理的理论研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangcx1987
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丙型肝炎病毒(HCV)呈全球性传播。人体感染HCV后发展成慢性肝炎的几率极高,若得不到及时和合理的治疗,会进一步恶化为肝硬化,肝癌等。目前,以HCV NS3/4A蛋白酶和NS5B聚合酶为靶标的直接抗病毒药物(DAAs)受到了极大的关注。然而耐药性的产生严重影响了抗病毒药物的治疗效果,导致治疗的失败。目前,一些以HCV NS3/4A蛋白酶和NS5B聚合酶为靶标的抑制剂的耐药性产生机制尚不清楚。因此,揭示这些药物的耐药性产生机制显得尤为重要。  在本论文中,我们应用分子动力学模拟、MM/PBSA结合自由能计算、MM/GBSA自由能分解分析等方法对NS3/4A蛋白酶抑制剂(包括Narlaprevir和BMS-605339)和NS5B聚合酶抑制剂(包括Filibuvir和TMC647055)的耐药性产生机理进行了以下研究,并得到结论。  1.HCV NS3/4A蛋白酶 V36M,R155K,V36M+R155K,T54A,A156T突变导致Narlaprevir耐药性产生的机制研究。  通过比较野生型和突变型体系的结合模式,我们发现NS3/4A蛋白酶氨基酸残基的突变会改变蛋白酶与Narlaprevir之间的相互作用。计算所得的突变型体系的结合自由能大于野生型体系的结合自由能,与实验所得结果一致。通过分析,我们发现V36M突变会减弱Narlaprevir中的二甲基-环丙基与HR3(主要由氨基酸His-57,Asp-81,Arg-155组成)之间的作用,同时增强Narlaprevir与Ser-138和Ser-139的作用。R155突变为K155,使氨基酸155与168之间的盐桥断裂,从而导致Narlaprevir与HR3和GSS(主要由氨基酸Gly-137,Ser-138,Ser-139组成)两个结合区域的作用减弱。Narlaprevir与T54A突变型蛋白酶结合力的减弱是由Narlaprevir与氨基酸57,155之间的范德华相互作用和Narlaprevir与氨基酸57之间静电相互作用的减小共同引起的。Lys-136是使双突变V36M+R155K对结合力的影响大于两个单突变对结合力的影响之和的关键氨基酸。在A156T突变体系中,对结合力有影响的氨基酸数目远远大于其他四个突变体系。A156T突变产生的位阻效应使得Narlaprevir远离了结合位点,导致Narlaprevir与HR3,HR4(主要由氨基酸Arg-123,Ala-156,Val-158,Cys-159,Asp168组成)之间的作用大大减弱。  2.HCV NS3蛋白酶D168C/Y/V突变导致BMS-605339耐药性产生的机制研究。  我们对野生型体系和三个突变型(D168C/Y/V)体系的结合自由能进行了计算,计算所得的结合自由能的大小排列顺序与根据实验所得数据换算得到的结合自由能的大小排列顺序非常一致:WT>D168C>D168Y> D168V。结合自由能分解分析结果表明,范德华和静电相互作用的减小是引起BMS-605339与NS3/4A蛋白酶之间的作用减小的主要原因。此外,我们发现三个突变都会使氨基酸155与168之间的盐桥发生断裂,引起R155的空间构型发生变化使得BMS-605339发生移动,从而导致一些重要的疏水作用和氢键受到影响。这也是导致BMS-605339与D168C/Y/V突变型NS3蛋白酶之间作用力减小的主要原因。  3.HCV NS5B聚合酶V494I,V494A,M426A,M423T突变导致Filibuvir耐药性产生的机制研究。  在对Filibuvir的耐药性产生的分子机理的研究中,我们通过比较野生型体系(RdRpWT/FBV),突变体系(RdRpV494I/FBV和RdRpV494A/FBV)以及验证体系(RdRpV494G/FBV),得出氨基酸494的侧链对于Filibuvir与NS5B聚合酶的结合有很大的影响,侧链空间结构越小,则结合力也越小。对于RdRpM426A/FBV,通过比较Filibuvir与RdRpM426A,RdRpM426I的相互作用,我们发现Ala-426的侧链长度小于Met-426是导致Filibuvir与RdRpM426A的作用力小于Filibuvir与RdRpWT的作用力的主要原因。Thr-423的侧链比Met-423多了一个甲基,使得结合口袋变小,导致Filibuvir与氨基酸475,476,497之间的范德华相互作用减弱,并最终导致Filibuvir与RdRpM423T的结合力变小。  4.HCV NS5B聚合酶L392I,P495T,P495S,P495L突变导致TMC647055耐药性产生的机制研究。  通过对TMC647055(TMC)的耐药性产生机制进行研究,我们得到了以下结论。第一,L492I使氨基酸492的侧链原子CB上多了一个甲基,这是导致TMC与NS5BL392I结合力减小的根源。第二,氨基酸495侧链的极性对于TMC与氨基酸495之间的范德华相互作用没有影响。第三,氨基酸495侧链的空间结构对TMC与氨基酸495的范德华相互作用有影响,空间结构越小,TMC与氨基酸495之间的范德华相互作用越小;氨基酸495侧链的长度对TMC与氨基酸503的静电相互作用有影响,侧链越长,TMC与氨基酸503的静电相互作用越小。
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