噻吩[2,3-d]嘧啶类化合物对SHP2抑制活性研究

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目的:SHP2是整合来自不同细胞表面受体的信号与细胞内主要细胞信号传导途径的关键节点;其异常激活有可能导致血液恶性肿瘤的发生。据此,SHP2已经成为治疗血液恶性肿瘤的靶点之一。本研究目的是通过构建SHP2酶活评价体系,对实验室前期获得的噻吩[2,3-d]嘧啶类化合物进行SHP2-PTP酶活性测定,获得SHP2抑制剂,并对其进行细胞活性研究,在细胞水平上验证其对SHP2的抑制作用。最后,通过分子对接和分子动力学研究抑制剂与SHP2的作用模式。为寻找以SHP2为靶点的新型抗癌药提供新的思路。方法:1.SHP2抑制剂的活性研究:(1)建立SHP2酶活性测定体系并进行酶活性测定:将SHP2-PTP质粒转化到大肠杆菌BL21中,通过细菌扩增,IPTG诱导SHP2-PTP蛋白表达,获得足量的蛋白。然后利用Ni-NTA重力柱对蛋白进行纯化,得到较纯的SHP2-PTP蛋白。最后,以pNPP为底物,测定化合物对SHP2-PTP酶活的影响。(2)细胞活性测定:首先,对H460和Hela两种细胞系进行细胞培养,获得处于对数期生长的细胞。采用不同浓度的化合物处理H460和Hela两种细胞,共同孵育48小时。利用MTT细胞增殖实验方法,检测化合物对这两种细胞增殖作用的影响。然后进行细胞凋亡实验,利用AnnexinV-FITC/PI细胞凋亡双染试剂盒,检测化合物对细胞凋亡的影响。最后,采用western blot方法,进一步研究化合物对SHP2介导的Ras/Erk信号转导通路的影响。2.SHP2小分子抑制剂与SHP2结合模式研究:(1)应用Discovery Studio3.5的对接(CDDOCK)模块对SHP2-PTP蛋白和小分子进行分子对接,分析蛋白和化合物之间的相互作用。(2)应用Gromacs 4.5.5软件对SHP2蛋白和复合物进行动力学模拟,首先利用RMSD和RMSF分析蛋白系统轨迹的稳定性;然后应用PCA分析蛋白构象变化,DCCM和RINs分析氨基酸与氨基酸之间的相互作用;最后,通过结合自由能进行佐证。(3)利用ADMET对化合物在25°C水中的水溶解度、血脑屏障的通透性、对细胞色素P450 2D6抑制性、肝毒性、人类肠道吸收性、血浆蛋白结合率等6个方面进行考察与筛选。结果:SHP2抑制剂的活性研究:(1)酶水平:通过表达His-SHP2-PTP融合蛋白,并以SHP2-PTP为靶点,以pNPP为底物,建立了分子水平的SHP2-PTP抑制剂体外筛选模型。通过对本课题组的噻吩[2,3-d]嘧啶类化合物进行筛选,获得苗头化合物Y21,其对SHP2-PTP的IC50为1.174μΜ。(2)细胞水平:细胞增殖实验表明,Y21能够明显抑制H460和Hela细胞的增殖。细胞凋亡实验表明8μg/mL Y21可以明显诱发H460细胞和Hela细胞的早期凋亡。Western Blot实验表明:经过Y21处理后,Hela细胞中SHP2表达水平下调,ERK磷酸化水平发生上调。表明,Y21对SHP2磷酸酶的活性具有一定的抑制作用。SHP2小分子抑制剂与SHP2结合模式研究:分子对接和分子动力学结果显示小分子化合物Y21与SHP2的催化活性区域空间匹配良好,与催化活性位点的氨基酸残基形成静电作用(离子-偶极及氢键作用)和疏水作用,起到抑制SHP2酶活性的作用。PCA、DCCM、RIN结果表明小分子化合物抑制了SHP2酶催化活性区域的氨基酸残基的相关运动,抑制了SHP2酶活。ADMET预测结果显示化合物Y21具有较好的类药性。结论:本论文的研究表明,实验室研发的噻吩[2,3-d]嘧啶类SHP2抑制剂,能有效抑制H460和Hela细胞细胞的增殖,诱发其早期凋亡,在细胞水平上对SHP2磷酸酶的活性具有抑制作用。通过计算机模拟实验表明,该类化合物与受体蛋白具有良好的匹配性及类药性。是一类具有潜力并值得进一步开发的化合物。本文研究,为该类化合物的进一步研究奠定了良好基础,为以SHP2为靶点的新型抗癌药物的研发提供了新思路。
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