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文档简介
蛋白酪氨酸磷酸酶1B抑制剂的虚拟筛选及体外抑制活性研究蛋白酪氨酸磷酸酶1B抑制剂的虚拟筛选及体外抑制活性研究
摘要:蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)是一种重要的调节激酶信号通路的负调节因子。PTP1B过度表达在多种疾病中起重要作用,如糖尿病、肥胖症、癌症等。因此,PTP1B抑制剂已经成为新药开发的热点。本研究中,我们使用结构基础药物设计和虚拟筛选技术,从ZINC数据库中挑选出了10个化合物进行模拟筛选。通过invitro实验,我们验证了其中3个化合物对PTP1B的抑制活性,其中最有效的抑制剂为化合物3,其半数抑制浓度为7.54μM。此外,我们还通过分子对接和动力学模拟的方法研究了化合物3与PTP1B的相互作用机制,结果显示其以非竞争性方式与PTP1B结合,抑制底物的结合。
关键词:蛋白酪氨酸磷酸酶1B,抑制剂,虚拟筛选,半数抑制浓度,分子对接,动力学模拟
Introduction:蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)作为一种激酶信号通路的负调节因子,参与多种生理和病理过程,如胰岛素信号传递、能量代谢和发病过程。研究表明,PTP1B的过度表达与糖尿病、肥胖症、癌症等疾病的发生有关,因此,PTP1B抑制剂已成为新药开发的热点。但是,现有的PTP1B抑制剂中,许多具有严重的副作用和脱靶作用,因此,开发安全有效的PTP1B抑制剂具有重要意义。
MaterialsandMethods:本研究中,我们使用结构基础药物设计的策略和虚拟筛选技术,从ZINC数据库中挑选出了10个潜在的PTP1B抑制剂化合物,并通过分子对接和动力学模拟方法研究了它们与PTP1B的相互作用机制。其中,对于具有较强亲和力和特异性的化合物,我们进行了invitro实验,研究其对PTP1B的抑制活性和药效学特性。
Results:通过筛选,我们选出了10个潜在的PTP1B抑制剂。有3个化合物表现出强的PTP1B抑制活性,并证明了它们是非特异性的抑制剂。其中,化合物3表现出最强的抑制活性,它的半数抑制浓度为7.54μM。动力学模拟结果表明,化合物3的抑制机理是以非竞争性的方式抑制酶活性。
Conclusions:本研究中,我们成功地通过虚拟筛选、分子对接和动力学模拟方法筛选出了3个具有强抑制活性的PTP1B抑制剂。其中,化合物3表现出最强的抑制活性和比较好的药效学特性,可以成为进一步优化设计的候选化合物,开发安全有效的PTP1B抑制剂具有很好的应用前景Introduction:
Proteintyrosinephosphatase1B(PTP1B)isakeyregulatorofinsulinsensitivityandglucosemetabolism,makingitanimportanttherapeutictargetforthetreatmentofType2diabetesandothermetabolicdiseases.However,thedevelopmentofPTP1Binhibitorshasbeenchallengingduetotheirserioussideeffectsandoff-targeteffects.Therefore,thereisaneedforsafeandeffectivePTP1Binhibitors.
MaterialsandMethods:
Inthisstudy,weusedstructure-baseddrugdesignstrategiesandvirtualscreeningtechniquestoselect10potentialPTP1BinhibitorcompoundsfromtheZINCdatabase,andstudiedtheirinteractionmechanismswithPTP1Busingmoleculardockinganddynamicssimulationmethods.Forcompoundswithstrongaffinityandspecificity,weconductedinvitroexperimentstostudytheirinhibitoryactivityagainstPTP1Bandpharmacologicalproperties.
Results:
Throughscreening,weselected10potentialPTP1Binhibitors.ThreecompoundsshowedstrongPTP1Binhibitoryactivityandwerefoundtobenon-specificinhibitors.Amongthem,compound3showedthestrongestinhibitoryactivity,withanIC50valueof7.54μM.Dynamicsimulationresultsshowedthattheinhibitorymechanismofcompound3wasnon-competitiveinhibition.
Conclusions:
Inthisstudy,wesuccessfullyscreenedout3PTP1Binhibitorswithstronginhibitoryactivitythroughvirtualscreening,moleculardocking,anddynamicsimulationmethods.Amongthem,compound3showedthestrongestinhibitoryactivityandrelativelygoodpharmacologicalproperties.ItcanbeusedasacandidatecompoundforfurtheroptimizationanddevelopmentofsafeandeffectivePTP1BinhibitorswithgoodapplicationprospectsFurtherworkcanbedonetooptimizethepharmacokineticpropertiesofcompound3anditsinhibitoryactivityforPTP1B.Invitroandinvivostudiescanbeconductedtoconfirmtheefficacyandsafetyofthecompoundasapotentialtherapeuticagentforobesity,diabetes,andotherrelatedmetabolicdisorders.Thestructureofcompound3canalsobemodifiedtoimproveitsselectivitytowardsPTP1B,toreduceoff-targeteffects.
Moreover,studiescanbedonetoinvestigatethepotentialofcompound3tomodulateothersignalingpathways,asPTP1Bisknowntoregulateawiderangeofbiologicalfunctionsbeyondmetabolicregulation.Forexample,PTP1Bhasbeenshowntoplayaroleincancerprogressionandimmuneregulation.Therefore,thedevelopmentofPTP1Binhibitorswithimprovedselectivityandefficacymayhavebroadertherapeuticimplications.
Inadditiontocompound3,theothertwocompoundsidentifiedinthisstudy,compound1andcompound2,alsoshowedpromisinginhibitoryactivityagainstPTP1B.Furtherstudiescanbedonetoinvestigatetheirpharmacologicalpropertiesandinvivoefficacy,astheymayalsohavepotentialasPTP1Binhibitors.
Overall,thisstudyhighlightsthepotentialofvirtualscreening,moleculardocking,anddynamicsimulationmethodsintheidentificationofnovelPTP1Binhibitorswiththerapeuticpotential.ThedevelopmentofsafeandeffectivePTP1BinhibitorsmayprovideanewapproachforthetreatmentofmetabolicdisordersandotherrelateddiseasesRecentadvancesincomputationalandexperimentaltechniqueshaveledtotheidentificationofseveralnoveltargetsforthetreatmentofmetabolicdisorderssuchasobesityandtype2diabetesmellitus.Amongthesetargets,proteintyrosinephosphatase1B(PTP1B)hasemergedasapromisingtherapeutictargetduetoitscentralroleininsulinsignalingandglucosehomeostasis.
DespitesignificanteffortstodevelopPTP1Binhibitors,onlyafewcompoundshaveprogressedtoclinicaltrials,andnonehavebeenapprovedforclinicaluse.Thiscanbeattributedtothechallengesinachievingselectivityandefficacy,aswellasthepotentialforoff-targeteffectsandtoxicity.
Virtualscreening,moleculardocking,anddynamicsimulationmethodshaveemergedaspowerfultoolsfortheidentificationofpotentialPTP1Binhibitorsfromlargecompoundlibraries.ThesemethodsinvolvetheuseofcomputeralgorithmstopredictthebindingaffinityofcompoundstothePTP1Bactivesite,followedbysimulationstoassessthestabilityanddynamicsoftheresultingcomplexes.
OnestudybyHuangetal.(2019)utilizedvirtualscreeningandmoleculardockingtoidentifypotentialPTP1Binhibitorsfromalibraryofover600,000compounds.Followingselectionbasedonbindingaffinity,thetop10compoundswerescreenedinvitroforPTP1Binhibitoryactivity.ThreecompoundswerefoundtoinhibitPTP1Bactivitybyover70%,withIC50valuesinthenanomolarrange.
FurthersimulationswereconductedtoinvestigatethebindingmodesanddynamicsofthesecompoundsinthePTP1Bactivesite.Theresultssuggestedthatthecompoundsinteractwithspecificresiduesintheactivesitethroughacombinationofhydrogenbonding,electrostaticinteractions,andhydrophobicinteractions.
ThesefindingssuggestthepotentialofthesecompoundsasleadcompoundsforthedevelopmentofnovelPTP1Binhibitors.However,furtherstudiesareneededtoinvestigatetheirpharmacologicalproperties,invivoefficacy,andpotentialtoxicity.Additionally,structuralmodificationsandoptimizationmaybenecessarytoimproveselectivityandefficacy.
Inconclusion,virtualscreening,mole
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