基于结构的新型小分子模拟肽类昆虫生长调节剂的创制

Based on our preliminary results, the latest crystal structure of GPCR and the quantitative assay using fluorescent tags, this project will continue to discover new peptide mimetic IGRs considering both structures of active AST mimics and AST receptor. The story includes three parts as follows: 1）The optimization of high active compounds: Compound H17 and B1, discovered in our former work, will be structurally optimized with the method of peptidomimatics and pesticide molecular design to find new perspective IGRs candidates with simpler structure and higher activity; 2）The study on active conformation of peptide mimics：the conformation of various peptide analogs will be analysized by 2D-NMR and molecular dynamics with the purpose of testing and verifying the preliminary hypothesis as that "linear" may be the active conformation；3）The study on the interaction between peptide analogs and AST receptors：Choosing the Crystal structure of the μ-opioid receptor and the nociceptin/orphanin FQ receptor as new model protein, the 3D- structures of three AST receptors, Dippu-AstR、DAR-1 and DAR-2, will be built with homology modeling method. The active conformation of analogs and their interaction with receptors will be studied by molecular docking and molecular dynamics. The results will be useful for further discovery of new higher IGRs.

在前期研究基础上，结合最新报道的GPCR受体晶体结构及荧光标记方法，本项目将深入开展基于小分子高活性化合物结构和AST受体结构的多肽类农药创新研究。主要包括三个方面：1）高活性化合物的结构优化研究：针对高活性模拟肽H17及非肽化合物B1，利用模拟肽学及农药分子设计方法，通过结构优化及构效关系研究，以期发现结构更简单、有前景的候选IGRs；2）模拟肽的活性构象研究：采用2D-NMR和分子动力学（MD）方法开展化合物的构象研究，验证前期关于"linear"可能是活性构象的假设，以明确模拟肽的活性构象；3）模拟肽与不同受体之间作用模式研究：以最新报道的鼠μ-肽受体和人肽受体GPCR晶体结构为新模板蛋白，构建Dippu-AstR、DAR-1和DAR-2三种AST的三维结构。采用分子对接及MD方法分析活性模拟肽与受体结合的活性构象，探索它们与不同受体之间的作用模式，以发现更高活性的模拟肽IGRs.

为了发现高效绿色新农药，我们以上一个基金所发现的高活性小分子模拟肽H17及非肽化合物B1为先导，系统地开展了结构优化和构效关系研究。1）采用模拟肽学的方法设计合成了六大类共101个模拟肽化合物，通过离体及活体水平筛选，发现了9个活性优于先导H17和B1的高活性化合物，2个结构新颖的先导，1个具有作为候选IGRs开发潜力的模拟肽；2）将此模拟肽学创制的方法拓展，以具有杀蚜活性的昆虫神经激肽（[Aib]FF[Aib]WGa）为先导，设计合成了10个N-末端修饰的小分子多肽化合物，它们对大豆蚜均表现出一定的杀灭活性，特别是五肽化合物I-10的杀蚜活性（LC50=0.045 mmol/L）与先导（LC50=0.048 mmol/L）相当，但结构更加简化，可作为二级先导进一步优化研究；3）采用2D-NMR和分子动力学等方法系统开展了小分子模拟肽的构象研究，进一步验证和明确了小分子模拟肽的活性构象，即在XFGL区域形成了“linear”构象，高活性的AST类似物 “linear”构象特征明显；4）对化合物的构效关系进行了定性和定量研究，获得了具有预测能力的3D-QSAR模型和指导作用的构效关系规律；5）首次测试发现AST类似物激活太平洋折翅蠊Dippu-AstR的活性，并采用分子对接、分子动力学方法分析了ASTs及其类似物与受体的结合规律，为进一步设计、发现具有更高活性的多肽模拟物提供理论依据。.本项目按计划执行并完成了预定研究任务及预期目标，发现了1个具有进一步开发价值的高活性化合物P5；明确了小分子模拟肽的活性构象是在XFGL区域形成了“linear”构象；获得了具有预测能力的3D-QSAR模型和指导意义的构效关系规律、以及授受之间互作特征。研究成果发表论文18篇，其中SCI论文7篇。申请中国发明专利2项，培养研究生4名。参加国内外会议15人次并作口头报告3人次，获得优秀墙报奖3人次。先后邀请国外专家2人次来项目组交流，派出项目成员或研究生3人次到国外留学并开展合作研究。本项目研究成果对模拟肽类新农药创制具有重要的理论指导作用，也对增强我国IGRs源头创新的水平具有重要意义。