随着肿瘤分子生物学的深入研究,人们对肿瘤发生和发展的分子机制有了进一步认识,分子靶向抗肿瘤药物为恶性肿瘤的治疗提供了新的手段。靶向药物是以已知参与肿瘤发展转移过程的异常蛋白和基因为靶标(“分子靶标”)进行专门设计和研发的,能够干预肿瘤细胞中相关信号传导通路。雄激素受体(androgen receptor,AR)和间充质上皮细胞转化因子(mesenchymal-epithelial transition factor,c-Met)均是抗肿瘤药物设计和研发的重要靶标。大多数分子靶向抗肿瘤药物的长期使用会导致药效降低甚至临床疗效丧失,从宏观角度来看通常表现为药物对突变靶标亲和力降低。因此,研究药物与靶标间相互作用模式以及药物的耐药性机理对新药设计和开发具有重要的指导价值。无论是早期的前列腺癌还是复发的去势抵抗型的前列腺癌,AR信号通路的异常激活在它们的发生和发展过程中都起到重要的生理作用。迄今为止,还无法通过实验方法获得野生型AR与拮抗剂复合物的晶体结构,这给研究拮抗剂与AR之间的相互作用机制以及揭示拮抗剂与AR共激活因子之间的相互调控机制带来了极大困难。在第二章中,我们采用了分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟技术从已知的突变型AR与拮抗剂复合物的晶体结构出发,搜索可能的AR拮抗构象,再进一步分析不同配体(激动剂DHT、拮抗剂HFT和共激活因子SRC3)的结合对AR活性位点(LBP和AF2)构象的影响。MM/GBSA结合自由能计算表明SRC3与AF2的相互作用会增强激动剂DHT对AR的结合能力,但却削弱拮抗剂HFT的结合能力。同时,我们还发现了“SRC3→H3/H4→L1-3/H5→HFT”这样一条共激活因子-拮抗剂的别构路径。临床研究发现在多种实体肿瘤中HGF/c-Met信号通路异常激活,以c-Met激酶为靶点的小分子抑制剂的开发已成为抗肿瘤药物研究热点之一。但多靶点酪氨酸激酶抑制剂Crizotinib或新型高选择性的c-Met激酶抑制剂SAR125844对Y1230H突变型c-Met激酶仅具有较弱的抑制活性。在第三章中,我们采用分子动力学模拟、MM/GBSA结合自由能计算及自由能分解等技术对c-Met激酶(野生型和Y1230H突变型)与小分子抑制剂(SAR125844和Crizotinib)间相互作用的分子原理进行了研究。计算结果表明,由于SAR125844的三唑并哒嗪和苯并噻唑基团与c-Met的铰链和A-loop区域之间独特的结合模式,因而SAR125844具有高度的c-Met激酶选择性。与野生型c-Met激酶相比,Y1230H突变体中A-loop区域开口幅度更大,ATP结合口袋扩大。TYR1230残基原本能与抑制剂形成较强疏水相互作用和π-π堆积相互作用,Y1230H的突变直接导致了抑制剂SAR125844和Crizotinib结合能力的下降。目前,计算生物学领域的分子动力学模拟软件比较多,但大多仅支持shell脚本和命令行操作。原则上,这些经典的动力学模拟软件进行MD模拟的流程基本相同,其中第一步搭建的初始体系的合理性直接决定动力学模拟结果的成败。在第四章中我们开发了一个方便易用的工具(MDBuilder),它可以完成生物大分子MD模拟前体系准备的工作。MDBuilder可以实现力场参数和相关拓扑信息的解析、蛋白晶体结构的清理、氢原子的添加、二硫键的处理、水盒子和抗衡离子的添加等功能,最终MDBuilder生成体系的拓扑文件和坐标文件。MDBuilder作为PyMOL插件还提供了一个友好灵活的图形用户界面,从而降低MD新手用户的学习成本。