GlmU靶酶活性中心与其配体相互作用的机理及其抑制剂先导结构的研究

白叶枯病是一类对水稻危害严重并难以防治的细菌性病害。抑制剂全新先导结构的发现是新农药原始创新的核心。GlmU是细菌肽聚糖前体物UDP-GlcNAc的生物合成中关键性的催化酶，GlmU酶功能的正常与否直接影响细胞壁完整性及细菌的生存，是新型农用抗生素研究的新靶标。本项目采用计算机分子模拟技术与基因克隆、蛋白分离纯化、定点突变、结合光谱等实验技术相结合的方法，系统地阐述靶酶活性中心的结构特征、作用位点与配体分子间相互作用的详细机理、建立准确可靠的受体-配体结合相互作用模型、建立体外生物活性测试系统、进行基于GlmU靶酶结构的全新高效抑制剂先导结构的合理设计与筛选，最终得到具有较好抑制活性的新型抑制剂先导结构，为我国新型农用抗生素的基础研究做出贡献。

白叶枯病是一类对水稻危害严重并难以防治的细菌性病害。抑制剂全新先导结构的发现是新农药原始创新的核心。GlmU是细菌肽聚糖前体物UDP-GlcNAc的生物合成中关键性的催化酶，GlmU酶功能的正常与否直接影响细胞壁完整性及细菌的生存，是新型农用抗生素研究的新靶标。.实验方面：本项目首先克隆、表达纯化了水稻白叶枯病菌中的GlmU酶，并对酶进行了酶动力学特征分析，确定了酶最佳反应活性条件；在对靶酶活性空腔特征分析的基础上进行了靶酶活性空腔重要氨基酸位点突变体库的建立，为进一步的抑制剂与靶酶的相互作用机制研究奠定了很好的基础；为了有效的筛选得到先导化合物，我们建立了一个快速粗筛和一个高精度准确完善的体外酶体水平的生物活性测试系统。.理论模拟方面：根据基因克隆所获得的GlmU酶氨基酸序列，进行了GlmU酶的空间三维结构的理论模拟，并对其有效性进行了评价分析；对靶酶与底物及潜在抑制剂的结合模型进行了分子对接模拟研究，揭示了靶酶活性空腔重要氨基酸位点与配体分子间的相互作用详细机理；根据模拟及实验结果信息建立了准确可靠的受体-配体结合相互作用模型，并基于此进行了基于靶酶结构的潜在抑制剂小分子的高通量虚拟筛选研究，根据打分排序及小分子在活性空腔的结合构象分析，选出了44个化合物并进行了购买，用于进一步的生物活性测试研究。.综合运用计算机分子模拟技术与基因克隆、蛋白分离纯化、定点突变、结合光谱等实验技术相结合的方法，我们最终筛选得到了3个能与GlmU靶酶活性中心多个作用位点最佳结合的抑制剂先导结构，三个化合物的IC50值分别达到了 0.81µM、14.2µM 3和23.21µM。为了进一步研究苗头化合物的抑制作用类型，和其在靶酶活性空腔中的结合模式，我们对这些化合物进行了详细的抑制剂对两个底物的作用类型Ki值测定实验和对接理论分析相结合的分析研究，结果显示理论对接分析结果与实验结果完全相吻合，这也从侧面也说明了我们对接理论方法对此体系研究的有效性。.受到本项目资助的研究部分成果已在国际学术期刊上发表SCI研究论文4篇；目前本课题组内进行的先导化合物的进一步优化设计也是本课题的更深一步的延续。本项目已取得的研究结果为进一步的先导化合物优化设计和为以GlmU酶为新靶标的全新农用抗生素药物的研究提供了扎实的工作基础。