斑馬魚(yú)A型γ-氨基丁酸受體同源模建及分子對(duì)接

巨修練，王黎麗，李 科

(武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，綠色化工過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074)

0 引 言

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是一種中央神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，它的傳遞作用是由GABA受體介導(dǎo)的.人的許多神經(jīng)性疾病都與GABA受體有關(guān)，包括帕金森氏癥、失眠、精神分裂癥等，同時(shí)，GABA受體也是硫丹、六六六等有機(jī)氯類、氟蟲(chóng)腈及安維菌素類等殺蟲(chóng)劑的重要作用靶標(biāo).因此GABA受體一直為人們所關(guān)注.

哺乳動(dòng)物GABA受體根據(jù)其結(jié)構(gòu)和藥理作用的不同可以分為兩類，一類為離子型受體，另一類為代謝型受體.GABAA受體是離子型受體，存在于哺乳動(dòng)物的CNS和脊椎，并與一個(gè)內(nèi)在的氯離子通道相耦聯(lián).GABAB受體是代謝型受體，通過(guò)G蛋白與第二信使耦聯(lián)，在神經(jīng)末端引起GABA流量的下降，可出現(xiàn)前突出抑制，從而引起神經(jīng)遞質(zhì)釋放下降[1-3].GABAC受體也是離子型受體，是由β亞基組成的同源多聚體，主要分布于脊椎動(dòng)物的視網(wǎng)膜.對(duì)GABAC受體的功能特性了解不多，近年將ρ受體亞單位組成的GABAC受體歸為GABAA受體.GABAA受體是3種亞型中最重要的一種[3-4].

GABAA受體為五聚體，是配體門(mén)控離子通道受體超家族的一個(gè)成員，該家族還包括nAChR、甘氨酸受體(strychnine-sensitive glycine receptor)和5-HT3受體(serotonergic 5-HT3receptor).通過(guò)cDNA克隆和基因組技術(shù)已鑒定了21個(gè)哺乳動(dòng)物大腦中GABAA受體亞基，依據(jù)氨基酸順序相似程度，將亞基系列分為α1-6，β1-4，γ1-3，δ ，ε ，π ，ρ1-3，θ 8個(gè)亞基族[1-5].不同亞基族間氨基酸序列的同源性約為20%～40%，而同一亞基族間的同源性高達(dá)60%～80%.GABAA受體的每個(gè)亞基由400～550個(gè)氨基酸殘基組成，包括三個(gè)區(qū)域：約220個(gè)氨基酸殘基組成的胞外N端疏水域；4個(gè)疏水的跨膜螺旋順序(Ml-M4)構(gòu)成的跨膜區(qū)域，每個(gè)跨膜序列長(zhǎng)度為22個(gè)氨基酸殘基，其中M2形成氯離子通道，能選擇性地通過(guò)帶負(fù)電荷的氯離子；處于細(xì)胞內(nèi)基質(zhì)的環(huán)，對(duì)這部分的結(jié)構(gòu)和功能研究較少[2-6].

GABAA受體可由不同的亞基按不同方式組合，但不是所有的亞基都能彼此有效地組裝成功能性受體.研究表明，存在于哺乳動(dòng)物大腦中的天然GABAA受體主要由α，β，γ亞基組成，常見(jiàn)的亞型組合式有α2β3γ2，α1β2γ2和α3β3γ2[5-8].

哺乳動(dòng)物GABAA受體存在多個(gè)與配體結(jié)合的活性位點(diǎn)，已發(fā)現(xiàn)的GABA受體與配體的結(jié)合點(diǎn)有五個(gè)：GABA位點(diǎn)、巴比士鹽酸(Barbiturate)位點(diǎn)、苦毒寧(Picrotoxinin)位點(diǎn)、苯二氮卓(Benzodiazepine)位點(diǎn)及類固醇類(Steroid)位點(diǎn).每個(gè)結(jié)合位點(diǎn)與藥物分子結(jié)合產(chǎn)生的藥理作用不同.例如作用于GABA結(jié)合位點(diǎn)的藥物，可開(kāi)啟Cl-通道，使Cl-內(nèi)流而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)電位增加，進(jìn)而產(chǎn)生超極化抑制神經(jīng)興奮性.作用于Barbiturate結(jié)合位點(diǎn)的藥物，可增加GABA活化Cl-通道的通透性，表現(xiàn)出明顯的麻醉效應(yīng).Picrotoxinin 位點(diǎn)是GABAA受體非競(jìng)爭(zhēng)性的抑制結(jié)合位點(diǎn)，主要起關(guān)閉Cl-通道、阻斷GABA受體的作用.而與Benzodiazepine位點(diǎn)結(jié)合的藥物，可增加Cl-通道開(kāi)放的頻率，使Cl-通道開(kāi)放時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)生抑制作用，從而產(chǎn)生鎮(zhèn)靜、催眠及抗驚厥現(xiàn)象.神經(jīng)活性甾類化合物與Steroid位點(diǎn)結(jié)合，可選擇性的調(diào)節(jié)GABAA受體機(jī)能[9-14].GABA受體不同結(jié)合位點(diǎn)產(chǎn)生的藥理作用不同，對(duì)開(kāi)發(fā)高選擇性低毒性的藥物分子有重大意義.

昆蟲(chóng)GABA受體的研究遠(yuǎn)落后于哺乳動(dòng)物GABAA受體的研究.僅有幾種類型的配體門(mén)控氯離子通道的亞基已在昆蟲(chóng)中鑒定，其中包括黑腹果蠅和煙蚜夜蠅的RDL、黑腹果蠅中的GRD和LCCh3.RDL是抗狄氏劑(resistance to dieldrin)的同系物；GRD是GABA和甘氨酸樣受體(GABA and glycine-like receptor of D. Melanogaster，GRD)；LCCh3是配體門(mén)控氯離子通道同系物3(ligand-gate chloride channel homologue 3)[5].

作用于GABA受體的藥物分子氟蟲(chóng)腈((R,S)-5-氨基-1-(2,6-二氯-4a-三氟甲基苯基)-4-三氟甲基亞磺?；吝?3-腈)是GABA-氯離子通道抑制劑，可以和GABA受體結(jié)合，干擾氯離子通道，進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)信號(hào)的損失，進(jìn)而死亡，是一種重要的殺蟲(chóng)劑.但對(duì)于某些非靶標(biāo)生物水生生物卻有很高的毒性，因此，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助手段對(duì)斑馬魚(yú)GABA受體與氟蟲(chóng)腈及其衍生分子的對(duì)接模擬，從理論上解釋氟蟲(chóng)腈對(duì)斑馬魚(yú)產(chǎn)生毒性的原因[15-18].

1 實(shí)驗(yàn)部分

本實(shí)驗(yàn)中所有計(jì)算工作都是基于windows平臺(tái)的sybyl8.0軟件(Tripos Inc.)而完成的，除特別介紹外，所有參數(shù)均采用默認(rèn)值.

1.1 同源模建

1.1.1 序列的選擇 為了構(gòu)建斑馬魚(yú)GABA受體，首先從Swiss-Prot/TrEMBL數(shù)據(jù)庫(kù)獲得斑馬魚(yú)GABAA受體ρ亞基的序列：Q5RIM2.然后對(duì)這些亞基進(jìn)行編輯，刪去無(wú)需構(gòu)建結(jié)構(gòu)的膜外配體結(jié)合區(qū)域和膜內(nèi)環(huán)區(qū)的氨基酸序列.

1.1.2 模板的選擇 模板的選擇在同源模建中起關(guān)鍵作用，直接決定了靶結(jié)構(gòu)的折疊與質(zhì)量.在本實(shí)驗(yàn)中，選用秀麗隱桿線蟲(chóng)谷氨酸門(mén)控離子通道受體跨膜段作為模板，PDB數(shù)據(jù)庫(kù)編號(hào)為3RHW，然后對(duì)模板進(jìn)行編輯，刪去膜外區(qū)和膜內(nèi)區(qū)，這樣就得到跨膜段的模板.

1.1.3 構(gòu)建亞基 首先將靶序列與模板序列進(jìn)行比對(duì)(sequence alignment)，采用Needleman&Wunsch 方法，得到一個(gè)多序列比對(duì)文件(multiple sequence format，MSF).接下來(lái)將MSF文件導(dǎo)入到ORCHESTRAR模塊中，可以使模板的序列與三維結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)起來(lái)，然后采用BATON方法將模板結(jié)構(gòu)和靶序列進(jìn)行結(jié)構(gòu)比對(duì).最后就可以構(gòu)建出靶肽鏈的結(jié)構(gòu)，包括識(shí)別結(jié)構(gòu)保守區(qū)域(structure conserved regions，SCR)，搜索環(huán)區(qū)和添加側(cè)鏈.

1.1.4 模型的組合 需要將構(gòu)建的斑馬魚(yú)的GABAA受體跨膜段的各個(gè)亞基一一對(duì)應(yīng)疊合到模板上.再使用MERGE模塊合成一個(gè)五聚體斑馬魚(yú)ρ5 GABAA受體跨膜段.

1.1.5 模型的優(yōu)化與修正 采用分子力學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)斑馬魚(yú)GABA受體跨膜段的模型進(jìn)行修正.在AMBER7 FF99立場(chǎng)下，首先將整個(gè)體系進(jìn)行共軛梯度法優(yōu)化至能量梯度的RMS小于5 kcal/mol/nm，此外采用分子動(dòng)力學(xué)(molecular dynamics，MD)的方法來(lái)優(yōu)化模型，以檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠窬哂蟹€(wěn)定的構(gòu)象，在300 K的恒溫條件下，計(jì)算總長(zhǎng)為500 ps，步長(zhǎng)1fs.

1.2 分子對(duì)接

分子對(duì)接方法關(guān)鍵在于定義正確的受體結(jié)合口袋.由于目前并未獲得GABA受體的三維結(jié)構(gòu)，更沒(méi)有復(fù)合物的任何報(bào)道，所以配體的對(duì)接采用殘基模式來(lái)定義結(jié)合口袋，即指定一些氨基酸殘基，設(shè)定其周圍一定范圍內(nèi)的氨基酸殘基為活性位點(diǎn).在分子對(duì)接(Surflex-docking)模塊下，活性位點(diǎn)被稱為原型分子(protomol).另外，有兩個(gè)參數(shù)可以設(shè)置原型分子的形狀與大小:Threshold設(shè)置原型分子的大小；Bloat值設(shè)置原型分子滲入蛋白空隙的程度.

試驗(yàn)中選擇了一系列苯基吡唑類化合物，通過(guò)將這些化合物與斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜段分子對(duì)接，確定對(duì)接中的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象和產(chǎn)生結(jié)合效應(yīng)的基團(tuán).

通過(guò)Surflex-docking 模塊進(jìn)行分子對(duì)接后，Csorce模塊會(huì)對(duì)每一個(gè)配體的對(duì)接結(jié)果進(jìn)行打分，包括D-score、PMF-score、G-score、Chemscore這四個(gè)函數(shù).打分函數(shù)基于受體-配體復(fù)合物的結(jié)合親和力，將會(huì)考慮疏水、極性、排斥、熵、溶劑化作用.最后，可以根據(jù)以下函數(shù)換算得到受體與配體的結(jié)合自由能(kcal/mol)：Free Energy of Binding=RTlnKd[19-20].

2 結(jié)果與討論

2.1 同源模建

斑馬魚(yú)的序列與模板序列比對(duì)的結(jié)果見(jiàn)圖1，3RHW為同源五聚體，僅比對(duì)一條鏈即可，從圖1中可知，受體通道部分保守區(qū)域序列的同源性很高，目標(biāo)序列與模板序列的整體一致度在表1中給出，從表1中可知，整體同源性高達(dá)37.5%，當(dāng)要構(gòu)建的蛋白質(zhì)序列與模板序列同源性達(dá)到30%時(shí)，構(gòu)建蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的相似性可達(dá)到80%.因而所選的模板是合理的.

圖1 序列比對(duì)結(jié)果Fig.1 Result of sequence alignment

目標(biāo)序列模板序列(所有亞基均來(lái)自線蟲(chóng)谷氨酸受體的亞基)TaTbTcTdTe與斑馬魚(yú)GABAR亞基一致性/%37．537．537．837．537．5

經(jīng)過(guò)序列比對(duì)、搜索保守區(qū)域、構(gòu)建環(huán)區(qū)、添加側(cè)鏈、能量?jī)?yōu)化后，得到了斑馬魚(yú)的各亞基.最終斑馬魚(yú)GABAA受體通道區(qū)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，從圖2中可清晰的觀察到斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜段是五聚體，TM2組成離子通道.

圖2 斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜段三維結(jié)構(gòu)Fig.2 Three-dimensional(3D) molecular structure of the TMD of zebrafish GABAA receptor

為了驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性，對(duì)構(gòu)建的斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜段進(jìn)行一系列的能量?jī)?yōu)化和結(jié)構(gòu)修正.利用sybyl軟件的Dynamics模塊進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)能量?jī)?yōu)化后，能量-時(shí)間圖見(jiàn)圖3，斑馬魚(yú)的GABAA受體跨膜段模型在開(kāi)始的150 ps里能量有較大的降低，在隨后的350 ps里能量趨于穩(wěn)定.經(jīng)過(guò)分子動(dòng)力學(xué)能量驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，模型是穩(wěn)定可靠的.

圖3 斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜段500 ps分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算能量-時(shí)間圖Fig.3 Potential energy with respect to simulation time for 500 ps molecular dynamics on the zebrafish GABAA receptor

實(shí)驗(yàn)中還運(yùn)用ProTable模塊對(duì)模型的立體化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證.在斑馬魚(yú)的GABAA受體跨膜段的拉氏構(gòu)象圖4中，可發(fā)現(xiàn)大量的氨基酸殘基聚集在值-60、-45度處，這恰恰與模型具有大量α螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)吻合.因?yàn)楦鶕?jù)氨基酸殘基構(gòu)象的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，構(gòu)成α螺旋結(jié)構(gòu)的氨基酸殘基正好處于拉氏構(gòu)想圖這一區(qū)域.通過(guò)計(jì)算，斑馬魚(yú)的GABAA受體模型中99.7%的氨基酸殘基處于一般允許區(qū)域或者最大允許區(qū)域.通過(guò)拉氏構(gòu)象圖驗(yàn)證，可以進(jìn)一步確定模型的合理性.因此在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)同源模建構(gòu)建得到的GABAA受體跨膜段是可以作為后面實(shí)驗(yàn)中分子對(duì)接所采用的模型[16].

2.2 分子對(duì)接

氟蟲(chóng)腈是一種苯基吡唑類殺蟲(chóng)劑，殺蟲(chóng)廣譜，對(duì)害蟲(chóng)以胃毒作用為主，兼有觸殺和一定的內(nèi)吸作用，其殺蟲(chóng)機(jī)制在于阻滯昆蟲(chóng)GABA受體，是一個(gè)比較典型的殺蟲(chóng)劑，具有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)即不同的生物物種對(duì)其表現(xiàn)出不同的選擇性.它對(duì)蚜蟲(chóng)、葉蟬、蠅類等重要害蟲(chóng)有很高的殺蟲(chóng)活性，但隨著氟蟲(chóng)腈的大量使用，它對(duì)水生生物毒性大的弊端暴露出來(lái).因此，研究氟蟲(chóng)腈及其衍生物與水生生物斑馬魚(yú)GABAA受體的對(duì)接模式，以期從分子角度解釋氟蟲(chóng)腈對(duì)水生生物產(chǎn)生毒性的原因.

通過(guò)對(duì)氟蟲(chóng)腈不同基團(tuán)的取代，得到下列氟蟲(chóng)腈衍生物，將氟蟲(chóng)腈及其衍生物與斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜區(qū)作用位點(diǎn)對(duì)接，對(duì)接打分及氫鍵個(gè)數(shù)如表2所示.

圖4 斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜段氨基酸Ramachandran圖Fig.4 φ-ψ Graph of the backbone of zebrafish GABAA receptor

通過(guò)對(duì)接比較分析可知，苯基上R1、R2、R3、R5分別被CF3,Cl，Cl，SOCF3或SO2CF3取代時(shí),化合物與斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜段結(jié)合較好.說(shuō)明這些基團(tuán)是產(chǎn)生作用必不可少的基團(tuán).通過(guò)在一組對(duì)接實(shí)驗(yàn)，找到在對(duì)斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜段對(duì)接中起關(guān)鍵作用的基團(tuán).在此基礎(chǔ)上，在NCI-2000數(shù)據(jù)庫(kù)中基于氟蟲(chóng)腈結(jié)構(gòu)相似性80%篩選出以下化合物，見(jiàn)圖5，將以下化合物分別與斑馬魚(yú)GABAA受體對(duì)接，得到結(jié)果如圖5所示.

化合物結(jié)構(gòu)編號(hào)R1R2R3R4R5R6與斑馬魚(yú)GABAA受體對(duì)接打分氫鍵數(shù)/個(gè)結(jié)合自由能/(kcal/mol)1ClCF3ClCNSOCF3NH24．353-5．792ClCF3ClHSOCF3NH24．254-5．673ClCF3ClCNSOCF3H4．034-5．534ClCF3ClCNHNH23．033-4．155ClCF3ClCNSO2CF3NH25．324-6．786ClCF3ClCNSCF3NH23．153-4．227HCF3ClCNSOCF3NH23．124-4．228HCF3HCNSOCF3NH23．843-4．899HHClCNSOCF3NH22．742-3．54續(xù)表2 苯基吡唑類化合物結(jié)構(gòu)與斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜段的對(duì)接結(jié)果Table2 StructuresofphenylpyrazolederivatesanddockingresultwithzebrafishGABAArceptor10HCF3ClHSOCF3NH23．983-5．2411HCF3ClCNSOCF3H3．483-4．6612HCF3ClCNHNH23．273-4．1313HCF3ClCNSCF3NH23．763-4．7514HCF3ClCNSO2CF3NH23．154-4．2215ClHClCNHNH22．511-3．4216ClHClCNSCF3NH21．980-3．2317ClHClCNSO2CF3NH22．152-3．3318ClHClHSOCF3NH21．750-2．8619ClHClCNSOCF3H2．541-3．4220ClCF3ClHSOCF3H4．442-5．8621ClCF3ClHHNH24．452-5．8622ClCF3ClHSO2CF3NH24．684-6．0523ClCF3ClHSCF3NH24．323-5．8024ClCF3ClCNHH4．082-5．5325ClCF3ClCNSO2CF3H4．315-5．7926ClCF3ClCNSCF3H4．903-6．4527HHHCNSOCF3NH21．492-2．7828HCF3HCNSOCF3H3．722-4．7929HCF3HHSOCF3NH23．563-4．6230HCF3HCNHNH23．962-5．5031HCF3HCNSCF3NH23．073-4．6532HCF3HCNSO2CF3NH23．214-4．3233HCF3ClHSOCF3H3．214-4．3234HCF3ClHHNH22．421-3．3135HCF3ClHSO2CF3NH24．365-5．8036HCF3ClHSCF3NH23．833-4．7537HCF3ClCNHH3．462-4．6638HCF3ClCNSO2CF3H4．015-5．53

39HCF3ClCNSCF3H4．902-6．4540ClHClHSOCF3H2．261-3．2741ClHClHHNH22．230-3．2742ClHClHSCF3NH23．060-4．6543ClHClHSO2CF3NH22．282-3．2744ClHClCNHH2．960-3．9445ClHClCNSCF3H2．910-3．9446ClHClCNSO2CF3H3．902-5．30

圖5 氟蟲(chóng)腈及其虛擬篩選的化合物結(jié)構(gòu)Fig.5 Structures of fipronil and its analogues by virtual sereening

利用surflex-docking將氟蟲(chóng)腈及其虛擬篩選的化合物對(duì)接至斑馬魚(yú)GABAA受體的結(jié)合口袋，在表3中，列出了對(duì)接的打分，結(jié)合自由能及氫鍵的個(gè)數(shù)，將表3中的對(duì)接結(jié)果與氟蟲(chóng)腈和斑馬魚(yú)對(duì)接的結(jié)果進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)對(duì)一系列化合物對(duì)接模式、結(jié)合氫鍵、綜合打分等進(jìn)行分析，可以將化合物分為兩組，一組為化合物1，47～59，另一組為60～71：

表3 斑馬魚(yú)GABAA受體與氟蟲(chóng)腈及其衍生物對(duì)接結(jié)果Table 3 Docking results of zebrafish GABAA receptor with fipronil and its derivatives

a.在第一組化合物中，從氟蟲(chóng)腈和斑馬魚(yú)GABAA受體對(duì)接模式，可以解釋氟蟲(chóng)腈對(duì)斑馬魚(yú)的毒性，通過(guò)觀察其他化合物，發(fā)現(xiàn)評(píng)分較高的化合物1，47～59都具有相似的結(jié)合模式.氟蟲(chóng)腈垂直地定位于TM2的胞質(zhì)端，兩個(gè)亞基即鏈C和D構(gòu)成了主要的結(jié)合口袋.這與之前研究的氟蟲(chóng)腈與家蠅GABAA受體對(duì)接的模式相同.另外在圖6中可觀察到，斑馬魚(yú)GABAA受體與氟蟲(chóng)腈對(duì)接中，斑馬魚(yú)GABAA受體的C/ARG38側(cè)鏈為氰基的氮原子提供氫鍵；D/ASN28為氨基的氮原子提供氫鍵，與化合物47～59的對(duì)接中，吡唑環(huán)上3位氰基氮原子以及苯甲基氟原子作為氫鍵受體.

圖6 化合物1氟蟲(chóng)腈與斑馬魚(yú)GABAA受體對(duì)接模式Fig.6 Docking mode of the fipronil with Zebrafish GABAA receptor

圖7 化合物68與斑馬魚(yú)GABAA受體對(duì)接模式Fig.7 Docking mode of the compound 68 with Zebrafish GABAA receptor

b.第二組化合物與斑馬魚(yú)GABAA受體對(duì)接評(píng)分較低，,一是與第一組化合物比較它們的分子體積較小，因而對(duì)接模式與第一組化合物不同，它們不是垂直定位于離子通道，而是橫向定位于離子通道，以這種模式對(duì)接時(shí)，受體與藥物分子間作用力較弱，第二組化合物對(duì)斑馬魚(yú)不產(chǎn)生毒性.圖7中斑馬魚(yú)GABAA受體與化合物68對(duì)接，斑馬魚(yú)GABAA受體的C/THR35和E/THR35側(cè)鏈為三氟甲基上的氟原子和氰基的氮原子提供氫鍵；A/ASN28為氨基的氮原子提供氫鍵.從自由結(jié)合能上也進(jìn)一步得到驗(yàn)證[21-22].這一組對(duì)接實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了苯基吡唑類化合物與斑馬魚(yú)GABAA受體對(duì)接的最優(yōu)模式.兩組對(duì)接實(shí)驗(yàn)共同解釋了氟蟲(chóng)腈對(duì)斑馬魚(yú)GABAA受體的對(duì)接結(jié)合機(jī)理.

表4顯示了氟蟲(chóng)腈與斑馬魚(yú)GABAA受體對(duì)接產(chǎn)生的氫鍵，氫鍵作用分析確定了在亞基TM2區(qū)域C/ARG38和D/ASN28產(chǎn)生關(guān)鍵作用，在斑馬魚(yú)GABAA受體與其它氟蟲(chóng)腈衍生物對(duì)接過(guò)程中，氫鍵也都是產(chǎn)生于ARG38 和ASN28這兩個(gè)氨基酸殘基.

表4 斑馬魚(yú)GABAA受體與氟蟲(chóng)睛形成的氫鍵距離和角度Table 4 Distance and angle of H-bonds formed between zebrafish GABAA receptor and fipronil

在分子對(duì)接時(shí)，每個(gè)配體會(huì)產(chǎn)生一系列不同構(gòu)象與受體結(jié)合，并且對(duì)每種對(duì)接模式進(jìn)行打分評(píng)價(jià)，打分排在前10位的構(gòu)象被保存.從表5可以知道，10個(gè)不同構(gòu)象氟蟲(chóng)腈分子與斑馬魚(yú)GABAA受體結(jié)合時(shí)，對(duì)接總打分值較高，D打分、PMF打分、G打分、化學(xué)打分這四個(gè)打分函數(shù)計(jì)算的結(jié)合能量較低，10個(gè)構(gòu)象的各個(gè)打分都比較穩(wěn)定，這說(shuō)明在能量上看，氟蟲(chóng)腈和斑馬魚(yú)GABAA受體結(jié)合穩(wěn)定，因而氟蟲(chóng)腈對(duì)斑馬魚(yú)產(chǎn)生毒性.

表5 10個(gè)不同構(gòu)想氟蟲(chóng)睛與斑馬魚(yú)GABAA受體對(duì)接結(jié)果Table 5 Docking result of 10 different conformations of fipronil with zebrafish GABAA receptor

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究通過(guò)同源模建構(gòu)建了斑馬魚(yú)GABAA受體跨膜通道區(qū)的三維結(jié)構(gòu)，通過(guò)能量?jī)?yōu)化和動(dòng)力學(xué)優(yōu)化確定了所構(gòu)建的模型的穩(wěn)定性和可靠性，進(jìn)一步利用構(gòu)建的模型與氟蟲(chóng)腈及其衍生物進(jìn)行分子對(duì)接，通過(guò)對(duì)對(duì)接結(jié)果的分析，得知當(dāng)苯環(huán)上R1、R2、R3分別被Cl,CF3和Cl取代時(shí)，吡唑環(huán)上R5被SOCF3或SO2CF3取代時(shí)，化合物與斑馬魚(yú)GABAA受體結(jié)合穩(wěn)定，即分子對(duì)斑馬魚(yú)可能產(chǎn)生毒性.當(dāng)分子體積較大時(shí)，化合物1，47～59垂直地定位于TM2的胞質(zhì)端，這種結(jié)合模式更穩(wěn)定，而分子體積相對(duì)較小的化合物60～71則橫向定位于離子通道結(jié)合模式也相對(duì)不穩(wěn)定，因而氟蟲(chóng)腈衍生物對(duì)斑馬魚(yú)產(chǎn)生毒性的一個(gè)重要原因是分子體積應(yīng)該足夠大.

綜上所述，在對(duì)氟蟲(chóng)腈分子的進(jìn)一步研究中，可以從分子體積大小與苯環(huán)和吡唑換上的取代基基上做一些改變，從而開(kāi)發(fā)出對(duì)害蟲(chóng)高選擇性，而對(duì)其他水生生物低毒的殺蟲(chóng)劑.

致謝

感謝武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院為本實(shí)驗(yàn)提供的研究平臺(tái)！

參考文獻(xiàn)：

[1] 巨修練．GABAA受體及其非競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑的研究進(jìn)展[J]．世界農(nóng)藥，2007，29(1)：28-33．

JU Xiu-lian. Progress in Study of GABAA Receptor and Its Noncompetitive Antagonists[J].World Pesticides, 2007,29(1):28-33.(in chinese)

[2] 王秀坤.NIELSEN M．GABAA受體藥理學(xué)研究進(jìn)展[J]．國(guó)外醫(yī)學(xué)藥學(xué)分冊(cè)，2001，28(1)：29-34．

WANG Xiu-kun, NIELSEN M .Progress in Study of GABAA Receptor pharmacology[J].Foreign Medical Sciences section on Pharmacy, 2001,28(1):29-34.(in chinese)

[3] 王世明，張穎奇，李曉立．GABAA受體研究進(jìn)展[J]．中國(guó)局解手術(shù)學(xué)雜志，2001，10(3)：307-308．

WANG Shi-ming, ZHANG Ying-qi, Li Xiao-li.Progress in Study of GABAA Receptor[J].Chin J Regional Anat & Operative Surg, 2001,10(3):307-308.(in chinese)

[4] O'MARA M, CROMER B, PARKER M, et al. Homology model of the GABAA receptor examined using Brownian dynamics[J]. Biophysical Journal, 2005, 88(5): 3286-3299.

[5] HOSIE A M, ARONSTEIN K, SATTELLE D B, et al. Molecular biology of insect neuronal GABA receptors[J]. Trends in Neurosciences, 1997, 20(12): 578-583.

[6] PERRET P, SARDA X, WOLFF M, et al. Interaction of non-competitive blockers within the gamma-aminobutyric acid type A chloride Channel using chemically reactive probes as chemical sensors for cysteine mutants[J]. Journal of Biological Chemistry, 1999, 274(36): 25350-25354.

[7] CHEBIB M, JOHNSTON G A. GABA-Activated ligand gated ion channels: medicinal chemistry and molecular biology[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 2000, 43(8): 1427-1447.

[8] FUCILE S, DE SAINT JAN D, DAVID-WATINE B, et al. Comparison of glycine and GABA actions on the zebrafish homomeric glycine receptor[J]. The Journal of Physiology, 1999, 517 ( Pt 2)(2): 369-383.

[9] GUSTAV A, LI Ping, BRACAMONTES J, et al. Pharmacology of structural changes at the GABAA receptor transmitter binging site[J]. Birtish Journal of Pharmacology, 2011, 162: 840-850.

[10] 張瑞華，李麗琴，王惠芳，等．A型γ-氨基丁酸受體結(jié)構(gòu)及其有關(guān)藥物[J]．生命的化學(xué)，2003，23(6):441-443．

ZHANG Rui-hua, LI Li-qin, WANG Hui-fang, et al. Structure and Related Drugs to GABAA Receptors[J]. Chemistry of life, 2003,23(6):441-443.(in chinese)

[11] ZHANG Rong-wei, WEI Hong-ping, XIA Yi-meng, et al. Development of light response and GABAergic excitation-to-inhibition Switch in zebrafish retinal ganglion cells[J]. The Journal of Physiology, 2010, 588(Pt 14): 2557-2569.

[12] GOLDSCHEN-OHM M P, WAGNER D A, PET-ROU S, et al. An epilepsy-related region in the GABA(A) receptor mediates long-distance effects on GABA and benzodiazepine binding sites[J]. Molecular Pharmacology, 2010, 77(1): 35-45.

[13] CHEN Ligong, DURKIN K A, CASIDA J E. Spontaneous mobility of GABAA receptor M2 extracellular half relative to noncompetitive antagonist action[J]. The Journal of Biological Chemistry, 2006, 281(50): 38871-38878.

[14] TASNEEM A, IYER L M, JAKOBSSON E, et al. Identification of the prokaryotic ligand-gated ion channels and their implications for the mechanisms and origins of animal Cys-loop ion channels[J]. Genome Biology, 2005, 6(1): R4.

[15] HINZ F I, DIETERICH D C, TIRRELL D A, et al. Non-canonical amino acid labeling in vivo to visualize and affinity purify newly synthesized proteins in larval zebrafish[J]. ACS Chemical Neuroscience, 2012, 3(1): 40-49.

[16] OGGIER D M, WEISBROD C J, STOLLER A M, et al. Effects of diazepam on gene expression and Link to physiological effects in different Life stages in zebrafish Danio rerio[J]. Environmental Science & Technology, 2010, 44(19): 7685-7691.

[17] ZHOU Pei, LU Yitong, LIU Baofeng, et al. Dynamics of fipronil residue in vegetable-field ecosystem[J]. Chemosphere, 2004, 57(11): 1691-1696.

[18] ZHAO X L, YEH J Z, SALGADO V L, et al. Fipronil is a potent open Channel blocker of glu-tamate-activated chloride channels in cockroach neurons[J]. The Journal of Pharmacology and Exp-erimental Therapeutics, 2004, 310(1): 192-201.

[19] CORRINGER P J, BAADEN M, BOCQUET N, et al. Atomic structure and dynamics of pentameric ligand-gated ion channels: new insight from bacterial homologues[J]. The Journal of Physiology, 2010, 588(Pt 4): 565-572.

[20] CHEN Ligong, DURKIN K A, CASIDA J E. Structural model for gamma-aminobutyric acid receptor noncompetitive antagonist binding: widely diverse structures fit the same site[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2006, 103(13): 5185-5190.

[21] MITEVA M A, LEE W H, MONTES M O, et al. Fast structure-based virtual ligand screening combining FRED, DOCK, and Surflex[J]. Journal of Medicinal Chemistry, 2005, 48(19): 6012-6022.

[22] CHENG Jin, JU Xiu-lian, CHEN Xiang-yang, et al. Homology modeling of human α1β2γ2 and house fly β3 GABA receptor channels and Surflex-docking of fipronil[J]. Journal of Molecular Modeling, 2009, 15: 1145-1153.