JCIM | 多构象虚拟筛选发现新型高效抗结核药物InhA抑制剂

先睹为快

靶点 

in构象-InhA蛋白PDB ID：2X23

out构象-InhA蛋白PDB ID：4COD

筛选化合物库

Specs database（∼200 000 小分子化合物）

计算方法

基于结构的虚拟筛选（Structure-Based Virtual Screening）

计算软件

分子对接：Glide程序的 SP 和XP模块

计算流程

基于不同构象的InhA蛋白结构，结合两种不同的打分函数和类药性规则，筛选了Specs 数据库中约20万小分子，选出16个化合物进行活性测试，并获得了活性最好的化合物7与蛋白的晶体结构，结合模式显示化合物7不用于先前报道的抑制剂，有望成为新型的抗结核药物。

基于结构的虚拟筛选流程

结核杆菌enoyl-酰基载体蛋白还原酶（InhA）是抗结核药物开发的一个有吸引力的、有效的靶点。在本研究中（图1），基于in/out两种构象的InhA蛋白结构，作者首先用Glide-SP对接了约20万小分子的Specs 数据库，top2000中有85个化合物与两种构象的蛋白得分都较好，并通过Lipinski和PAINS规则过滤得到了65个化合物，接着用高精度的打分函数glide-XP对接，得到了16个候选化合物。进一步的药理实验，确认了化合物1和化合物7的活性最优（图2）。

化合物7与InhA蛋白复合物的晶体结构

作者解析了活性最好的化合物7与蛋白的晶体结构（图3），不同于先前报道的InhA的抑制剂，其作用在蛋白活性口袋延伸出的疏水区，并且远离辅酶因子NAD+。其结构中的双环氢茚与氨基酸Phe149, Met155, Pro156, Ala157, Ile215以及Leu218作用, 苯并咪唑环作用于Met103, Ala198,Met199, Ile202, Leu207，羟基基团通过水介导与Ala211形成氢键网。并且，结构显示Tyr158处于In 构象，通过与Out 构象的蛋白叠合，发现Out构象的Tyr158会与小分子的氢茚环重叠。因此，作者认为化合物7倾向作用于in构象-InhA。然而，这似乎与glide-XP的结果相悖，通过结构叠合，作者发现晶体结构中的小分子和对接的两种蛋白构象中的小分子都有一定的交叠，所以glide-XP才会认为化合物7对两种构象的蛋白都有作用（图4）。与先前的抑制剂相比，化合物7的作用机制的独特性，有望成为新型的抗结核药物。

图1.虚拟筛选的工作流程

图片来源JCIM

图2.化合物1和7的结构式

图片来源JCIM

 图3.化合物7（青色），其它InhA配合物，及NAD（黄色）在InhA中的相对位置

图片来源JCIM

 图4.晶体结构中化合物7（青色）与glide-XP的对接构象

图片来源JCIM

参考文献：Kamsri P, Hanwarinroj C, Phusi N, et al. Discovery of New and Potent InhA Inhibitors as Anti-tuberculosis Agents: Structure Based Virtual Screening Validated by Biological Assays and X-ray Crystallography. Journal of Chemical Information and Modeling. (2019).

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