[发明专利]借助于X－射线晶体学方法筛选和设计配体

说明书

发明的技术领域

X-射线晶体学方法可用于鉴别结合靶受体分子的配体，并可用于设计对靶受体具有改进生物活性的配体。

发明的背景

X-射线晶体学方法(晶体学)是一门成熟的技术，它可对晶体中分子显示的图形以三维图象的形式提供最好的描述。科学家已经应用晶体学方法对许多重要的生物学分子分辨了其晶体结构。借助于晶体学方法，可对多种生物分子进行研究，包括但不局限于蛋白质，DNA,RNA和病毒。科学家甚至还报导了在其受体内携带配体的生物分子的晶体结构(一种“配体-受体复合物”)。

给定一种靶标生物分子或配体-受体复合物的“图象”，科学家可以找到在此可行使生物活性的空穴或受体。然后科学家可以通过实验或计算对此受体设计出高亲和性的配体(或药物)。计算方法已经被选择地用于筛选对小分子的结合。但是，以前这些设想仅获得了有限的成功。几个问题困扰着通过计算方法对配体的设计。计算方法与其说是基于对结合能量的精确测算，倒不如说是基于估算，并且，在与存在于生物分子内部复杂的相互作用相比较时，是依赖于简单的计算。而且，计算方法还需要实验证实，这种实验常常会暴露出一些对真实靶标不起作用的假阳性模式。

此外，基于配体-受体复合物图象的实验性高亲和性配体设计，仅局限于已经具有已知配体的生物分子。最后，科学家仅在最近才报导了有机溶剂和靶生物分子之间相互作用的晶体学研究。Allen等，物理，化学杂志V 100.pp2605-11(1996)。但是，这些研究仅局限于测定绘制溶剂的位点，而不是配体的位点。所需要的是，直接鉴别潜在的配体，并获得有关在靶生物分子内配体是如何结合和改变的详细信息。此外，还需要有可用于鉴别和/或设计某些配体的方法，这些配体对于给定的靶分子具有生物活性和/或药物活性。

发明概述

对于未知是靶生物分子配体的化合物，可以用晶体学方法筛选和鉴别它们结合此靶标的能力。该方法(此后写作“CrysteLEAD^TM”)包括，获得靶生物分子的晶体；将此靶标暴露于可能是此靶标潜在性配体的一个或多个待测样品；以及测定是否形成了配体/生物分子复合物，可通过不同的方法使此靶标暴露于潜在性配体，包括但不局限于在一个或多个潜在性配体的溶液中浸泡结晶体，或者在有一个或多个潜在性配体存在时共结晶生物分子。

在另一实施方案中，是将所发现的来自配体/受体复合物的结构信息用于设计新配体，同已知的配体相比较，这种新配体结合更紧密，结合的特异性更强，具有更强的生物活性，或者具有更安全的分布。

在一个优选的实施方案中，应用“不同形状”化合物的文库；使之在此配体即使作为混合物的一部分被暴露时，也能直接鉴别其配体-受体复合物。这就避免了对来自此混合物的命中复合物(hit)进行费时间的解盘绕(deconvolution)过程。在此，可同时实现三个重要步骤。计算出电子密度函数可直接揭示结合过程，鉴别所结合的化合物，并且提供配体-受体复合物的详细3-维结构。在一个实施方案中，一旦找到了一个命中复合物，就可能借助于常规的筛选方法筛选此命中复合物的许多类似物或衍生物，找出且有更紧密结合或更强生物活性的。另一个实施方案是利用此命中复合物和关于靶分子结构的信息，构建具有更紧密结合或更强生物活性的类似物或衍生物。在还有一个实施方案中，是将此配体-受体复合物暴露于潜在配体的补充迭代物，这样使二个或多个命中复合物可被连接在一起，构成一个更有效的配体。

附图简述

图1显示基于结构的药物设计，在此应先找到起始前导化合物，然后被用作携带附加部分的支架，装配环绕主要位点的次级位点。

图2显示对于具有二个或更多相邻主空穴的生物分子片段连接的方法。

图3是CrysteLEAD^TM法的示意图，其中晶体被浸泡于多种潜在性配体(I1-I10)的溶液中，收集X-射线衍射数据组，并转化成电子密度图形，用于检查化合物的结合。

图4显示2-维和3-维的典型化合物的混合物。3-维图形是代表分子“形状”的理论2Fo-Fc电子密度图形。

图5是人尿激酶的一级序列。

图6显示在将尿激酶浸泡于含有潜在配体混合物的溶液之后，如何通过形态检测和鉴别命中复合物。图6A是起始Fo-Fc图形。图6B显示在尿激酶的活性位点化合物如何结合。图6C显示没有结合混合物的化合物时，未结合配体的活性位点。

图7显示对于被浸泡在含有潜在性配体混合物溶液中的尿激酶的一个命中复合物。图7A是起始Fo-Fc图形。图7B显示在尿激酶的活性位点化合物如何结合。