N-酰胺基糖精类Hu-FBPase共价抑制剂分子作用机制的研究

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果糖1,6-二磷酸酶(FBPase)是糖异生(GNG)途径中的关键调控酶,已有实验证实在糖尿病患者和Ⅱ型糖尿病(T2DM)动物模型中,FBPase在肝脏中的活性和表达都会有所上调,从而导致净葡萄糖量的升高。从控制内源性葡萄糖生成(EGP)的角度出发,FBPase是公认的治疗T2DM的安全有效的血糖控制靶标。通过抑制FBPase的活性可抑制空腹EGP的主要来源:GNG途径,从而达到降低空腹高血糖的目的。目前关于FBPase抑制剂的研究主要集中在作用于AMP变构位点的非共价抑制剂。最近课题组也报道了人体肝脏果糖1,6-二磷酸酶(Hu-FBPase)的新型共价变构位点Cys128(C128),但是已报道的作用在C128位点的Hu-FBPase共价抑制剂与之只存在共价相互作用,缺少与结合位点附近的氨基酸残基的非共价相互作用,这可能会导致此类抑制剂的低选择性问题。上述潜在问题促使着我们去研究和发展Hu-FBPase的C128位点的靶向共价抑制剂(TCI)。本文主要进行了新型共价抑制剂N-酰胺基糖精类化合物与Hu-FBPase的共价相互作用机制的研究,为靶向Hu-FBPase的共价抑制剂的设计提供了更多的共价和非共价信息。本文主要工作包括以下几点:测试了新型共价抑制剂N-酰胺基糖精类化合物在Hu-FBPase上的抑制活性,通过构效关系分析发现了具有良好抑制活性的化合物W8(IC50为3.40±0.05μM)。随后以W8为探针分子进行了定点突变实验、LC-MS实验、时间依赖性实验及跳跃-稀释实验,初步确定了该化合物是结合于Hu-FBPase C128位点的不可逆共价抑制剂且与周围氨基酸残基可能存在一定的非共价相互作用。通过复合物晶体结构的研究,直观地阐明了探针分子W8与Hu-FBPase的共价作用的分子机制。即W8与C128的巯基共价结合,导致C128所在的螺旋链发生变构,其中参加催化底物的关键氨基酸S123的构象也会发生偏转,与另一螺旋链上的氨基酸D74、K71及水分子形成新的氢键,从而影响底物FBP的结合,致使酶失活。晶体结构还揭示了不同于第二代Hu-FBPase的共价抑制剂双硫仑衍生物的结合模式,W8结合于B链的C128的同时也会与A链上的氨基酸H253、R254、Y258之间形成一定的非共价相互作用。为探究N-酰胺基糖精类化合物对Hu-FBPase的选择性,将反应性和抑制活性都良好的一类该化合物分别作用在糖异生和糖酵解途径中的关键酶:果糖1,6-二磷酸醛缩酶(ALDOA、B、C)和人体3-磷酸甘油脱氢酶(Hu-GAPDH)上,测试并比较了其抑制活性。结果显示该类化合物在糖代谢的生化通路中体现了一定的Hu-FBPase靶向特异性。
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