作用于去硫生物素合成酶的杀菌剂设计、合成及构效关系研究

The objectives of this project are to elucidate the intermolecular interaction between cyclic hexapeptide and Dethiobiotin synthetase(DTBS), to construct a receptor screening model according to the specific region and the amino acid residues of the binding mode, to obtain potential inhibitors targeted on DTBS using the method of docking and pharmacophore screening, and to provid candidates for the development of agricultural fungicide by optimizing the drug design and structure-activity relationship studies. Research projects mainly include, the preparation and X-ray diffraction analysis of DTBS-cyclic hexapeptide complex, drug design based on the novel screening model, synthesis and biological activity evaluation of compounds, as well as the investigation on QSAR.In view of the fact that DTBS is present both in fungi and plants, a possible problem may arise from the featrue of distribution that the designed compounds are toxic to plant, in addtion to they have fungicidal activity against plant pathogen fungi. The applicant attempted to solve this key scientific issue by introducing selective coefficient in the course of the investigation on the quantitative structure-activity relationship. The significance of the project is as follow: the featrue of distribution makes DTBS an ideal target of pesticides, modern computational chemistry technology is applied in the design and synthesis of DTBS inhibitors based on the new screening model, topics are accord with the demand for the development of novel pesticide, and the technology roadmap is reasonable.

本项目的研究目标是明确环六肽与去硫生物素合成酶的分子间相互作用，根据环六肽与蛋白特定区域氨基酸残基的结合方式构建一个受体筛选模型，采用分子对接和药效团匹配法筛选可作用于该受体的潜在抑制剂，最终通过分子优化设计和构效关系研究获得一个抑菌活性高、对植物安全的农用杀菌剂候选化合物。项目的研究内容主要包括去硫生物素合成酶-环六肽复合物的单晶制备及X-射线衍射分析、基于该作用靶标的筛选模型构建及药物设计、化合物合成、生物活性评价及构效关系研究。去硫生物素合成酶在真菌和植物中均有分布，化合物在对真菌高效的同时还必须对植物安全，申请人拟采用在构效关系研究过程中引入选择性系数来解决这一关键科学问题。项目意义在于：去硫生物素合成酶仅存在于植物和微生物中的分布特点使其成为一种理想的农药靶标，本项目采用计算化学技术设计合成基于全新筛选模型的去硫生物素合成酶抑制剂，选题依据符合新农药创制的需求，技术路线成熟合理。

采用药物分子设计软件Discovery Studio软件构建了基于去硫生物素合成酶结构的抑制剂筛选模型，再以此筛选模型通过分子对接技术从specs合成化合物库和中国天然产物数据库（CNPD）进行了虚拟筛选。从specs合成化合物库中选出了苯并咪唑酮、吡啶并咪唑酮、苯并噻唑以及2-氨基嘧啶衍生物等先导结构，从中国天然产物数据库（CNPD）中筛选了曲酸、4-甲氧基水杨醛等先导化合物，再分别对各个系列化合物进行了衍生合成和抑菌活性评价。苯（吡啶）并咪唑酮衍生物的研究初步阐明了该类化合物的构效关系，证实苯环上引入取代基团的类型及其取代位置对于苯并咪唑酮类化合物的抑菌活性具有显著影响，其中6-位引入硝基对于活性最为有利，获得了1个具有高活性的新化合物—3-乙酰基-6-硝基-1-异丙烯基苯并咪唑酮；发现吡啶并咪唑酮类化合物比苯并咪唑酮具有更好的抑菌活性。更为重要的是，除了按照研究计划化合物进行抑菌活性研究之外，还研究了部分化合物的抗癌活性、除草活性以及杀虫活性。从中发现了一个具有高抗癌活性的化合物—3-乙酰基-6-溴-1-异丙烯基吡啶并咪唑酮，通过激酶抑制活性筛选、ELISA和Western blot试验证实该化合物是一种新型第二代mTOR抑制剂，同时能够抑制mTORC1和mTORC2的活性。苯并噻唑衍生物没有表现出预期的杀菌活性，但却具有很好的除草活性，这为新型除草剂的开发提供了一个颇有价值的先导化合物。