1.研究背景

肌醇-1-磷酸(MIP)合酶是肌醇生物合成途径中的关键酶。该酶以NAD依赖的方式将葡萄糖6-磷酸转化为1-肌醇-3-磷酸，这是产生包括磷脂在内的所有肌醇类化合物的第一步。MIP合酶是合成所有含肌醇化合物的限速酶。该酶与肌醇信号通路的中断，双向情感障碍有关。

有研究发现，MIP合酶可能是双相情感障碍药物研发的靶点。双相情感障碍是一种发作性疾病，即躁狂或轻躁狂发作与抑郁发作反复间歇交替或循环发作为表现特征的心境障碍。也就是说，同一个人，既有抑郁症状，又有躁狂症状，表现出两种性质完全相反的极端情绪。该病症的致残率、死亡率较高，会造成患者病症趋于慢性化，难以根治。然而靶向MIP合酶的抑制剂可以帮助缓解症状、有效降低病人患病的风险。因此本研究以MIP合酶为靶点，使用基于配体的虚拟筛选方法和分子对接方法进行了新型抑制剂的发现，期望为双相情感障碍疾病的治疗提供指导。

2.实验流程

图1 筛选流程

研究选择已知抑制剂作为提问结构，进行化合物库筛选。首先使用OMEGA对ZINC数据库中的化合物进行类药性筛选，然后进行形状相似性筛选、静电相似性筛选、对接筛选，最后进行对接结果分析，得到4个化合物可能具有潜在抑制活性的化合物。


3.研究结果

3.1 同源模建结果

因为缺少人源的MIP合酶晶体结构，所以采用同源建模的方法构建蛋白的三维结构。使用Modeller软件进行序列比对，选择PDB：1VKO为模版蛋白，构建三维结构。使用PROCHECK评价模型1 结构的合理性。最后对模建好的蛋白进行动力学模拟，优化其结构。

蛋白质二级结构比三级结构的保守性大，活性位点残基也具有保守性。因此研究通过对不同物种来源的MIP合酶的序列比对来确定活性位点。酵母MIP合酶的活性位点残基为：Ser323、Gly324、Gln325、Thr326、Lys369、Lys373、Lys412和Lys489，因此推测人源的MIP合酶活性位点为：Ser296、Gly297、Gln298、Thr299、Lys342、Lys346、Lys383和Lys455。活性位点残基的确定，为分子对接研究提供指导。

3.2 虚拟筛选结果

研究首先对ZINC数据库中的化合物进行类药性筛选，选用的筛选条件为：分子量130~400、重原子数不大于20、可旋转键不大于10、碳原子数6~25、脂水分配系数-2.0~4.0，得到符合筛选条件的14611个化合物。然后用已知抑制剂生成的提问结构进行形状相似性筛选（ROCS）、静电相似性筛选（EON），得到形状和静电较相似的236个化合物。最后进行对接研究，得到25个对接打分良好的化合物，然后分析其与靶标的相互作用模式。

对命中化合物进行对接结果分析，发现有4个化合物与靶标形成较好的相互作用（图2）。命中的4个化合物都与残基Lys383形成氢键相互作用，与残基Phe294形成疏水相互作用。与已知抑制剂相比，命中化合物具有较高的对接打分和较强的相互作用，这表明命中化合物可能对MIP合酶具有较强的抑制作用，可以对其进行下一步活性验证。

图2 化合物与靶标的相互作用图

4.结论

研究采用形状相似性筛选、静电相似性筛选、对接筛选的方法从ZINC数据库中发现了4个可能成为MIP合酶抑制剂的新型化合物。并且命中化合物与MIP合酶的结合模式和已知抑制剂相似，都与关键氨基酸形成较强的相互作用。因此，命中的4个化合物可作为MIP合酶的先导物进行下一步的试验筛选。这些化合物有望通过抑制MIP合酶来降低精神疾病的风险。

使用模块：

• OMEGA（FILTER）

• ROCS

• EON

• OEDocking（FRED）

参考文献：

1. Azam, S.S., Sarfaraz, S., Abro, A. Comparative modeling and virtual screening for the identification of novel inhibitors for myo-inositol-1-phosphate synthase. Mol Biol Rep, 2014(41): 5039–5052.