高通量虚拟筛选技术及在中药/天然产物挖掘药效分子中的应用

时间 课程名称 课程内容

第一天上午
1.筛选策略基本原理及流程 1.运用全新筛选策略快速发现新药先导化合物
1.1全新筛选策略的基本原理
1.1.1基于药效团模型的虚拟筛选方法
1.1.2基于分子对接的虚拟筛选方法
1.1.3全新先导化合物的筛选方法
1.2全新筛选策略全新方法-用于先导化合物的快速发现
2.中药单体化合物数据库的构建

2..1二维数据库的构建和转换

2.2三维数据库的生成
2.3三维数据库的加氢加电荷和能量优化
2.4三维数据库的多构象生成
2.5三维数据库的描述符计算
2.6三维数据库的类药性筛选
实例讲解与练习：
（1）从中药资源数据库构建莲花清瘟胶囊的中药单体数据
（2）从中药资源数据库构建复方丹参滴丸的中药单体数据
（3）使用ChemiDraw绘制化合物结构、Chem3D进行结构优化
第一天下午
3.蛋白质结构数据库（PDB）的使用方法 3.1 靶点晶体结构的数据库检索和选取
3.2 靶点蛋白的结构类型和序列分析
3.3 靶点蛋白的下载和预处理
3.4 靶点蛋白的三维结构分析
3.5 靶点蛋白的活性位点表征
实例讲解与练习：
(1) 新冠病毒Mpro蛋白酶为靶点的蛋白结构获取活性位点表征
(2) 埃博拉病毒跨膜糖蛋白三聚体为靶点的蛋白结构获取和活性位点表征
4.蛋白质同源建模基础 4.1 同源建模介绍
4.2 同源建模的方法
4.2.1 靶点蛋白的序列选取
4.2.2 蛋白序列的相似性搜索和比对
4.2.3 蛋白模板的选择
4.2.4 蛋白模型三维结构构建
4.2.5 蛋白模型的验证
4.2.6 蛋白模型的优化
4.2.7 蛋白模型活性位点的表征
实例讲解与练习：
（1）新冠病毒Mpro蛋白酶为靶点的同源建模
第二天上午
5.蛋白质同源建模进阶
（一） 5.基于蛋白序列构建同源蛋白模型（MODELER）
5.1 模板的识别
5.2 将目标序列与模板序列进行重新比对
5.3 使用 MODELER 构建目标序列的 3D 模型
5.4 模型评估
实例讲解与练习：（1）胞外淀粉酶的同源模建过程
（2）人钠依赖性葡萄糖协同转运蛋白2（hSGLT2）同源建模
（3）新冠病毒跨膜蛋白酶丝氨酸2 (TMPRSS2)的同源建模
6.蛋白质同源建模进阶
（二） 6.基于蛋白序列构建同源跨膜蛋白模型
6.1 预测蛋白的跨膜区
6.2 将目标序列与模板序列进行比对
6.3 构建目标序列的3D同源模型
6.4 给模型添加隐性生物膜结构
6.5 调整膜的位置
实例讲解与练习：
（1）构建beta-1肾上腺素受体的同源模型并进行加膜处理
（2）人钠依赖性葡萄糖协同转运蛋白2（hSGLT2）的同源建模及加膜处理
第二天下午
7.分子对接技术实践一
7.最快的分子对接技术
7.1 准备体系
7.2 在受体空腔中寻找结合位点
7.3 在指定位置寻找结合位点
7.4 修改活性部位球体半径
7.5 执行分子对接计算
7.6 分析分子对接结果
实例讲解与练习：
（1）将一组配体分子对接到胸苷激酶（thymidine kinase）
（2）基于新冠病毒Mpro蛋白酶的LibDock快速分子对接演练
第三天上午
8.分子对接技术实践二
8.精准分子对接技术
8.1 准备对接体系
8.2 运行 CDKCKER
8.3 CDOCKER 结果分析
8.4 计算对接结果的 RMSD 值
实例讲解与练习：
（1）将布洛芬配体分子对接回原COX-1 受体的结合位点中
（2）基于新冠病毒Mpro蛋白酶的CDOCKER分子对接演练
第三天下午

9.分子对接技术实践三 9.全柔性受体-配体对接技术
9.1 准备对接的分子体系
9.2 执行分子对接计算
9.3 分析对接结果
9.4 计算对接结果的RMSD值
实例讲解与练习：将1fk9中结合的配体对接到1s1x
10.蛋白-蛋白分子对接 10.1 ZDOCK 的原理与参数设置
10.2 分析 ZDOCK 结果
10.3 利用 RDOCK 优化对接构型
10.4 使用 RMSD 分析结合界面的氨基酸
实例讲解与练习：
选用牛β-胰岛素作为受体蛋白，胰岛素抑制剂 CMTI-I作为配体蛋白，进行分子对接实操
11.反向分子对接技术 11.反向分子对接原理及应用介绍
11.1 PharmaDB本地预测技术讲解
11.2 XDock本地预测技术讲解
11.3 Pharmapper在线预测讲解
实例讲解与练习：以土贝母皂苷甲-抗肿瘤作用靶点挖掘为例
第四天上午
12.高通量药物虚拟筛选研究策略之一 12.高通量虚拟筛选案例实操
12.1 进行libdock与CDOCKER的联合使用训练
12.2 靶标与命中分子的互作分析及绘制
案例分析与实操讲解：（1）以辣椒素受体TRPV1作为靶标，实现中药药效分子高通量虚拟筛选。
（2）以埃博拉病毒跨膜糖蛋白三聚体作为靶标，实现中药药效分子高通量虚拟筛选。

第四天下午

13.高通量药物虚拟筛选研究策略之二 13.1 Glide-Dock实操的基础使用方法简介
13.2 配体小分子构象、能量优化方法
13.3 受体蛋白进行预处理与结构优化
13.4 基于结构的虚拟筛选
实例讲解与练习：
（1）以PDB编号为1FJS的蛋白结构中的共结晶配体进行实操

14.候选化合物的ADMET预测、细胞毒性预测 14.1 运行 ADMET 性质计算流程
14.2 运行 毒性预测流程
实例讲解与练习：
（1）20个丙酮酸盐激酶抑制剂的类药性预测
（2）自行构建莲花清瘟胶囊的单体数据库的类药性预测
（3）自行复方丹参滴丸的单体数据库的类药性预测

第五天上午
15.高通量药物虚拟筛选研究策略之三-（自动化流程设计） 15.1基于Schrodinger软件体系架构自动化流程设计实战
15.2 MM-GBSA的原理讲解与实操演练
实例讲解与练习：新冠病毒的表面刺突糖蛋白S蛋白（PDB ID-6VSB）高通量虚拟筛选实操，三轮分子对接大规模筛选的化合物库（高通量-标准精度-高精度）。

16.靶标蛋白的虚拟氨基酸突变技术
16.1 单点虚拟氨基酸突变提高酶与底物的亲和力
16.2 多点氨基酸同时突变提高酶与底物的亲和力
16.3 虚拟氨基酸突变提高热稳定性
16.4 预测提高热稳定性的最佳氨基酸突变组合
实例讲解与练习：人周期蛋白依赖性激酶2（CDK2）与抑制剂staurosporine的复合物结构1AQ1为例

第五天下午

17.分子动力学模拟
17.1 初始结构检查及预处理
17.2 给模拟体系赋力场参数
17.3 考虑溶剂效应
17.4 初始结构能量最小化
17.5 动力学模拟（包括升温、平衡、采样）
17.6 分析动力学模拟轨迹
17.7 计算蛋白-配体相互作用能量
实例讲解与练习：SH3结构域中特征结构片段分子动力学模拟

18.同源建模蛋白的深度优化策略
18如何在Windows环境下完成简单高效的分子动力学模拟
18.1 Gromacs简介
18.2 实操指南
18.2.1 获取并处理pdb文件
18.2.2 用pdb2gmx获得拓扑文件
18.2.3 创建模拟盒子
18.2.4 蛋白质分子真空中的能量最小化
18.2.5 向盒子中填充溶剂及离子并进行能量最小化
18.2.6 位置限制性预平衡模拟
18.2.7 成品模拟
实例讲解与练习：简单蛋白质的分子动力学模拟演练

19.虚拟筛选研究策略技术迭代推荐与介绍 19.1 基于GEO数据库基因转录组测序数据挖掘潜在靶标
19.2 网络药理学与分子对接的结合
19.3 基于分子动力学模拟的靶标-药效分子相互结合自由能MM_PBSA的计算方法
19.4 AlphaFold在线版使用攻略
答疑指导 建立和设计属于自己关心的药物先导化合物筛选策略