العلاقة الكمية بين الهيكل والنشاط والتنبؤ بالنشاط والديناميكيات الجزيئية لمثبطات النسخ العكسي غير النيوكليوتيدات

Summary

استخدمت هذه الدراسة استراتيجيات داخل السيليكو لتحديد Etravirine العدد كعامل علاجي واعد لفيروس نقص المناعة البشرية. تدعم النتائج التي توصلنا إليها حول التفاعلات والديناميكيات الجزيئية التصميم العقلاني ل NNRTIs الجديدة كبدائل محتملة لعلاج فيروس العوز المناعي البشري.

Abstract

ويمثل تزايد معدل الإصابة بمقاومة فيروس العوز المناعي البشري-1 للأدوية تحديا لفعالية العلاج المركب المضاد للفيروسات الرجعية، لا سيما في الجنوب الأفريقي. يهدد تطور مقاومة مثبطات النسخ العكسي غير النيوكليوتيدات (NNRTIs) النجاح طويل المدى للعلاج المضاد للفيروسات القهقرية. في عام 2019 ، تسببت مقاومة مضادات الميكروبات بشكل مباشر في ما يقدر بنحو 1.27 مليون حالة وفاة على مستوى العالم. استخدمت هذه الدراسة نهجا داخل السيليكو للتحقيق في أدوية NNTRI ومشتقاتها. تضمنت التقنيات المستخدمة حسابات النظرية الوظيفية للكثافة ، والالتحام الجزيئي ، والتعداد ، وتحليل العلاقة بين البنية والنشاط الكمي (QSAR) ، ومحاكاة الديناميكيات الجزيئية (MDS) ، والميكانيكا الجزيئية باستخدام طرق بورن ومساحة السطح المعممة. ركز التحليل على مشتقات البيريميدين المختلفة وستة أدوية NNRTI ، وفحص تفاعلاتها مع بروتين فيروس نقص المناعة البشرية -1 (رمز PDB 1HQU).

تم تطوير نموذج QSAR للتنبؤ بالنشاط البيولوجي ل NNRTIs الستة قيد الدراسة. باستخدام 94 مشتقا من مشتقات البيريميدين ، حقق نموذج QSAR R² من 0.822 و Q² من 0.815 ، مما يشير إلى مستوى عال من الدقة التنبؤية.

تم إجراء متلازمات خلل التنسج النقوي لتقييم استقرار الروابط المختلفة وبدائلها المطورة حديثا ، مما يضمن بقائها مرتبطة بالموقع النشط للبروتين على مدى إطار زمني للمحاكاة مدته 200 نانو ثانية. أظهر Etravirine تقلبات متوسط تربيع الجذر (RMSD) تبلغ حوالي 4.5 Å ، بينما أظهرت مشتقاته المعدودة تقلبات RMSD تبلغ 3.5 Å. من خلال الإرساء الجزيئي ، MDS ، وحسابات الطاقة الحرة ، أظهر Etravirine المذكور أفضل أداء ، بقيمة نشاط 7.373 ودرجة إرساء -10.517 كيلو كالوري / مول. علاوة على ذلك ، كانت الطاقة الحرة المحسوبة للارتباط للإترافيرين المعدود -89.684 كيلو كالوري / مول ، متفوقا على الروابط الأخرى قيد التحقيق. يشير التحسن الكبير إلى أن Etravirine المعدل يحمل إمكانات واعدة كعامل جديد في العلاج المضاد للفيروسات القهقرية.

تشير قيمة RMSD المنخفضة التي تم الحصول عليها ، وتفاعلات الأحماض الأمينية المحسنة ، وأعلى طاقة حرة ملزمة إلى أن Etravirine التعداد يمكن أن يكون بديلا قابلا للتطبيق لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز.

Introduction

على الرغم من الخطوات الملحوظة في العلاج، لا يزال الخطر الصحي العالمي الخطير المتمثل في متلازمة نقص المناعة المكتسب (الإيدز)، الناجم عن فيروس نقص المناعة البشرية-1 (HIV-1)، يشكل تهديدا^{مستمرا.} تستخدم الأدوية المضادة للفيروسات القهقرية المعروفة باسم مثبطات النسخ العكسي ، RTIs ، لعلاج عدوى فيروس نقص المناعة البشرية. يتم تثبيط النسخ العكسي ، وهو إنزيم بوليميراز من الحمض النووي الريبي الديوكسي ريبونوكلييك الفيروسي (DNA) الضروري لتكاثر الفيروسات القهقرية ، بواسطة مثبطات النسخ العكسي (RTIs). مثبطات النسخ العكسي للنوكليوزيد (NRTIs) ومثبطات النسخ العكسي غير النيوكليوتيدات (NNRTIs) هي RTIs الرئيسية².

ظهر العلاج المضاد للفيروسات القهقرية عالي النشاط، وهو مزيج من الأدوية المضادة للفيروسات المختلفة، باعتباره العلاج المعياري لفيروس العوز المناعي البشري، حيث يتحكم بشكل فعال في انتشار الإيدز ويحول هذا المرض الذي كان مميتا إلى حالة مزمنة يمكن التحكم^فيها. تعد NNRTIs لفيروس العوز المناعي البشري-1 حاليا جزءا مهما من نظام HAART⁴. تعد مقاومة مضادات الميكروبات من بين أخطر التهديدات الصحية العالمية ، حيث يقدر عدد الوفيات بنحو 1,27 مليون^شخص. نتيجة لذلك ، هناك حاجة ملحة لاستكشاف أخطاء مقاومة مضادات الميكروبات وإصلاحها وتحديد العوامل المضادة للميكروبات الجديدة. وفقا لمنظمة الصحة العالمية (WHO) ، وصلت مقاومة مضادات الميكروبات إلى مستويات تنذر بالخطر في أجزاء كثيرة من العالم.

وهذا يشكل خطرا جسيما على تحقيق أهداف التنمية المستدامة، لأنه يقوض الأمن الغذائي والنمو الاقتصادي والأمن الصحي بينما يساهم أيضا في التفاوتات الاجتماعية والاقتصادية⁶. وانتشار الفيروسات المقاومة للأدوية آخذ في الازدياد، حتى في الأدوية المضادة للفيروسات القهقرية المصممة لمكافحة فيروس نقص المناعة البشرية. وفقا للإحصاءات الحديثة ، كان ما يقرب من 30 مليون شخص في جميع أنحاء العالم يتناولون العلاج المضاد للفيروسات القهقرية اعتبارا من نهاية عام 2022⁷.

وأجرت المنظمة 30 دراسة استقصائية واكتشفت أنه في 21 من هذه الدراسات الاستقصائية، كان أكثر من 10٪ من الأفراد الذين بدأوا العلاج المضاد للفيروسات القهقرية من الخط الأول لديهم مقاومة لنيفيرابين أو إيفافيرينز⁸. علاوة على ذلك ، فإن الأفراد الذين تعرضوا سابقا للأدوية المضادة للفيروسات القهقرية هم أكثر عرضة لمقاومة NNRTIs بثلاث مرات من أولئك الذين لم يتعرضوا⁹. كشفت الدراسات أن عددا كبيرا من الرضع الذين تقل أعمارهم عن 18 شهرا والذين تم تشخيصهم حديثا بفيروس نقص المناعة البشرية أظهروا معدلات عالية من السلالات المقاومة للأدوية^10،11. من المثير للصدمة أن نصفهم تقريبا كان لديهم سلالة مقاومة (NNRTI) حتى قبل بدء العلاج. تؤكد هذه النتائج على الحاجة إلى تسريع الدراسات لتصميم علاج مبتكر لفيروس العوز المناعي البشري.

وقد شكل تطور السلالات المقاومة للأدوية والآثار الجانبية غير المرغوب فيها من الاستخدام المطول تحديات لا مفر منها للاستخدام السريري ل NNRTIs¹². يؤدي بدء العلاج المركب المضاد للفيروسات القهقرية (cART) إلى إطالة العمر المتوقع للأشخاص المصابين بفيروس العوز المناعي البشري على الرغم من احتمالات الآثار الجانبية الضارة. تشمل هذه الآثار الجانبية خطر الإصابة بأمراض غير معدية ، بما في ذلك الحثل الشحمي ، وفرط شحميات الدم ، وانخفاض كثافة المعادن في العظام ، وارتفاع مستوى الجلوكوز في الدم مما يؤدي إلى مرض السكري من النوع 2 ، وارتفاع ضغط الدم ، وزيادة خطر الإصابة بالسكتة الدماغية ، والقضايا المتعلقة بالسمنة¹³. يوفر التشخيص المبكر والوصول الفوري إلى الرعاية الطبية المناسبة في المرحلة الأولى من الإصابة بفيروس العوز المناعي البشري مزايا كبيرة من المنظور السريري والعام. ويؤدي بدء العلاج المضاد للفيروسات القهقرية في الوقت المناسب والوقاية من العدوى الانتهازية إلى انخفاض ملحوظ في الأمراض والوفيات المرتبطة بفيروس العوز المناعي البشري.

ويمكن أن يساهم استخدام العلاج المضاد للفيروسات القهقرية أيضا في انخفاض احتمالات انتقال فيروس العوز المناعي البشري عن طريق إنقاص مستوى الحمض النووي الريبي المنتشر لفيروس العوز المناعي البشري. وعلاوة على ذلك، فإن معالجة علاج الأمراض الأخرى المنقولة جنسيا والعدوى المصاحبة يمكن أن تقلل أيضا من احتمال حدوث المزيد من العدوى بفيروس العوز^{المناعي البشري 14}. تعد NNRTIs من بين فئات العلاج الاختيارية للمثبطات التي تتفاعل مع RT عن طريق الارتباط بالمنطقة الخيفية أو موقع فيروس العوز المناعي البشري. يعرف هذا النوع من التثبيط باسم مثبط غير تنافسي لأن NNRTI لا يرتبط في الموقع النشط للركيزة بل بالأحرى في الخارج. يغير التأثير تشكل موقع ربط الركيزة ، مما يعيق الركيزة القياسية من الارتباط ويؤدي إلى إنهاء السلسلة المبكرة. نظرا لانخفاض سميتها مقارنة ب NRTIs ، وهيكلها البسيط ، والتوافر البيولوجي المحسن على مثبطات الإنزيم البروتيني ، والانتقائية الممتازة ، أصبحت NNRTIs مثبطات فيروس العوز المناعي البشري الأكثر جاذبية¹⁵. لذلك ، فإن توليف وتصميم NNRTIs الجديدة أمر بالغ الأهمية من منظور الحرائك الدوائية^16،17.

تعتبر NNRTIs حيوية في علاج فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز نظرا لفعاليتها القوية وسميتها المنخفضة. ومع ذلك ، تواجه NNRTIs المبكرة مثل Nevirapine و Delavirdine و Efavirenz مقاومة من الطفرات الفيروسية في موقع ربط NNRTI¹⁸. تظهر هذه الأدوية ، وهي جزء من عائلة diarylpyrimidine (DAPY) ، نشاطا قويا ضد سلالات NNRTI المختلفة ، بما في ذلك تلك المقاومة ل NNRTIs^{المبكرة 19} ، على الأرجح بسبب مرونتها الجزيئية وحاجز المقاومة الأعلى ضد فيروس العوز المناعي البشري -1^{20 ، 21}. على الرغم من نجاحهم ، أدى معدل الطفرات المرتفع في HIV-1 RT وغياب نشاط التدقيق اللغوي الجوهري إلى ملامح مقاومة جديدة في المرضى الذين يستخدمون Etravirine و Rilpivirine^22،23. تختلف هذه الطفرات الفيروسية عن بعضها البعض ، كما تختلف تلك المرتبطة بأدوية NNRTI^{المبكرة 24}. تم تحديد أكثر من 50 فئة متنوعة من المركبات هيكليا على أنها NNRTIs. والجدير بالذكر أن ستة من المراكز الوطنية لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية-1 قد حصلت على الموافقة على علاج فيروس نقص المناعة البشرية-1. تشمل هذه العوامل المعتمدة Nevirapine (NVP) و Delavirdine (DLV) و Efavirenz (EFV) و Etravirine (ETR) و Rilpivirine (RPV) و Doravirine (DOR). يوضح الشكل 1 الهياكل الكيميائية لهذه الأدوية الستة المعتمدة من NNRTI²⁵.

في دراسة حديثة²⁶ ، تشير حسابات DFT والالتحام الجزيئي إلى أن اللوفاستاتين وسيمفاستاتين يظهران إمكانات كعوامل مضادة لفيروس كورونا. حدد الفحص الافتراضي خمسة جزيئات مرشحة جديدة معتمدة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية تشبه سقالة إيفافيرينز ، مع تقارب ارتباط فائق في الجيب النشط للبروتياز الرئيسي ل COVID-19.

أجرى سلطان ^{وآخرون 27} دراسة مماثلة حول تحديد جزيئات جديدة لتحسين قدرة الارتباط بفيروس العوز المناعي البشري RT من خلال استخدام استراتيجية قائمة على الشظايا مع الأدوية المعتمدة من إدارة الغذاء والدواء لتصميم المشتقات الكيميائية. لقد استفادوا على وجه التحديد من هياكل ديلافيردين ، إيفافيرينز ، إيترافيرين ، وريلبيفيرين كسقالات أساسية. تم تقييم تشابه هذه المشتقات مع الأدوية من خلال Swiss-ADME ، متبوعا برسها في الهياكل البلورية ذات الصلة. وخلصت الدراسة إلى اختيار المركبات التي تظهر صلات ارتباط فائقة مقارنة بسقالاتها الأم ، ولا سيما مع ملاحظة تحسن أكثر وضوحا في المشتقات المصممة من الجيل الثاني من NNRTIs ، الإترافيرين وريلبيفيرين. على سبيل المثال ، أظهرت المشتقات RPV01 و RPV15 تحسينات كبيرة في قيم الطاقة الراسية على rilpivirine ، مما يشير إلى فائدة محتملة في استهداف كل من النوع البري والأشكال الطافرة من فيروس نقص المناعة البشرية RT.

أجرى موروجيسان وزملاؤه²⁸ بحثا يقترحون مناهج كيمياء طبية مختلفة لتعزيز فعالية وتقليل المقاومة في علاج فيروس نقص المناعة البشرية. استخدمت الدراسة التهجين الجزيئي والاستبدال المتساوي الحيوي والفحص عالي الإنتاجية. في دراستهم ، تمكنوا من تحديد سقالات NNRTI الجديدة ذات الفاعلية العالية ضد كل من سلالات فيروس نقص المناعة البشرية من النوع البري والمقاومة للأدوية. طوروا مشتقات DAPY التي تظهر انتقائية ممتازة وسمية منخفضة ، مع بعض المركبات التي تظهر تثبيطا فعالا عند التركيزات النانوية.

في الآونة الأخيرة ، اكتسب استخدام الأدوات الحسابية جنبا إلى جنب مع الأبحاث في السيليكو شعبية بسبب تحليله العملي للخصائص الكيميائية الكمومية للدواء²⁹. في هذه الدراسة ، تم تطبيق تصميم الأدوية بمساعدة الكمبيوتر ، والنظرية الوظيفية للكثافة ، والعلاقة النوعية بين البنية والنشاط ، والديناميكيات الجزيئية لاكتشاف NNRTIs القوية.

Protocol

1. التفاصيل الحسابية - تحضير البروتين

1. انقر فوق أيقونة النافذة على شاشة الشاشة وانقر فوق جميع التطبيقات. قم بالتمرير لأسفل للانتقال إلى مجلد Schrodinger ، وافتح المجلد ، وانقر على أيقونة Maestro الموضحة في الشكل 2 ب ، وحدد فتح كما هو موضح في الشكل 2 ب لتشغيل البرنامج.
2. استرجع بنية البروتين التي تختارها بالانتقال إلى ملف علامة التبويب زر في البرنامج. من القائمة القصيرة المنبثقة، حدد الحصول على PDB، كما هو موضح في الشكل 3A، وأدخل رمز PDB المفضل في مربع النص كما هو موضح في الشكل 3 ب. انقر فوق زر التنزيل ، وسيتم عرض ملف PDB المحدد في نافذة المشروع.
3. بدلا من ذلك ، قم بتنزيل البروتين المفضل في الكمبيوتر المحلي من بنك بيانات البروتين عن طريق إدخال رمز تعريف قاعدة بيانات البروتين (معرف PDB) في مربع البحث والنقر فوق تنزيل لتنزيل ملف PDB في الكمبيوتر المحلي. انتقل إلى علامة التبويب ملف وحدد خيار استيراد الهياكل من واجهة الاستيراد ، حدد موقع ملف PDB الذي تم تنزيله كما هو موضح في الشكل 3C وحدد ثم زر استيراد كما هو موضح في الشكل 3D.
   ملاحظة: سيتم فتح هيكل البروتين كهيكل ثلاثي الأبعاد في نافذة منفصلة ، كما هو موضح في الشكل 4.
4. انتقل إلى أعلى يمين البرنامج ، وحدد خيار المهمة ، واكتب تحضير البروتين في شريط البحث . انقر فوق سير عمل تحضير البروتين في الشاشة على الجانب الأيمن ، كما هو موضح في الشكل 5 أ.
5. من نافذة سير عمل تحضير البروتين المنبثقة ، اكتب اسم الوظيفة كاسم الملف المراد حفظه وانقر فوق الزر "تشغيل" الأخضر في الزاوية اليمنى السفلية ، كما هو موضح في الشكل 5 ب.
6. راقب المهمة أثناء تشغيلها بالنقر فوق الزر Jobs في الزاوية اليمنى العليا ، كما هو موضح في الشكل 5C.
7. حدد وانقر بزر الماوس الأيمن على البروتين المحضر وحدد الترابط المنفصل ، كما هو موضح في الشكل 5 د. اختر الانقسام إلى روابط وماء وغيرها. هذا هو الحصول على مكونات البروتين كمدخلات مستقلة في متصفح مساحة العمل

2. إعداد الترابط

1. قم بتنزيل المركبات الكيميائية المطلوبة من قاعدة بيانات PubChem³⁰ عن طريق كتابة اسم المركب المفضل في شريط البحث . انتقل إلى الهياكل وحدد هياكل ثلاثية الأبعاد (ثلاثية الأبعاد). انقر على تنزيل في أعلى يسار الصفحة لتنزيل إحداثيات البنية كملف بيانات منظم. إذا كان الهيكل ثلاثي الأبعاد غير متوفر ، فقم بتنزيل الهيكل ثنائي الأبعاد واستخدم أدوات أخرى لإنشاء بنية ثلاثية الأبعاد من بنية ثنائية الأبعاد.
2. انقر فوق علامة التبويب "ملف" في شرودنجر وحدد هياكل الاستيراد ، كما هو موضح في الشكل 6 أ. انتقل إلى موقع الملف حيث يتم حفظ الهياكل بتنسيق ملف SDF لتحميل المركبات المراد إعدادها.
3. حدد مهمة في الزاوية اليمنى العليا من برنامج Schrodinger. اكتب LigPrep في شريط البحث وحدد LigPrep في النافذة اليمنى على اليسار ، كما هو موضح في الشكل 6 ب.
4. حدد استخدام الهياكل من لتحديد الملفات من جدول مساحة العمل أو المشروع. حدد الخيارات المفضلة من نافذة LigPrep ، واحفظ الملف في الكمبيوتر المحلي ، وانقر فوق تشغيل لإرسال المهمة لإعداد الترابط كما هو موضح في الشكل 6C.

3. هندسة وتحسين الروابط

1. افتح البرنامج³¹ لتحسين الهندسة للهياكل التي تم تنزيلها. انتقل إلى علامة التبويب ملف (الشكل 7 أ) وحدد فتح لاختيار ملف SDF الذي تم تنزيله من قاعدة بيانات PubChem.
   ملاحظة: سيتم تحميل الملف في النافذة الرئيسية. انقر فوق النافذة الأرجوانية الأخرى لتصور نفس المركبات الكيميائية. سيعرض كل إعداد تم تنفيذه النتيجة في النافذة الأرجوانية.
2. انتقل إلى علامة التبويب حساب وحدد علامة التبويب Gaussian Calculation Setup. انتقل إلى علامة التبويب نوع الوظيفة الموضحة في الشكل 7 ب واختر التحسين أو الاختيار + التردد.
   ملاحظة: اعتمادا على عدد (الحجم) من الذرات أو المركبات، قم بالتحسين أولا، متبوعا بالتردد. إذا كان المركب أصغر ، فقم بإجراء Opt + Freq. كلما زاد حجم الجزيء ، زاد الوقت الذي يستغرقه أداء كل من Opt + Freq مقارنة بالتحسين متبوعا بالتردد.
3. انتقل إلى علامة التبويب "طريقة" وحدد طرق كيمياء الكم ثم وظيفة كثافة ارتباط التبادل الهجين العالمي Kohn-Sham الوظيفية للاختيار ، ومجموعة الأساس ، والشحنة ، والدوران المفضل من أسهم القائمة المنسدلة في كل قسم.
4. انتقل إلى العنوان وحدد اسما للمركب قيد التحقيق.
5. انتقل إلى علامة التبويب Link 0 وحدد حد الذاكرة والمعالجات المشتركة التي تختارها. قم بإلغاء تحديد مربعات المسار الكامل كما هو موضح في الشكل 7C.
6. انقر على تعديل زر في الجزء السفلي لحفظ ملف الإدخال Gaussian ، كما هو موضح في الشكل 3C. احفظ الملف في الموقع المفضل باسم الملف الذي تختاره كملف وظيفة Gaussian (gjf).
   ملاحظة: بعد حفظ ملف الإدخال Gaussian ، ستظهر نافذة منبثقة تعرض محتويات الملف في Notepad. قم بتحرير محتويات الملف، بما في ذلك خيارات مثل تغيير الرسوم والوظائف التي لم تكن متوفرة في خيارات الإعدادات. سيتم استخدام ملف وظيفة Gaussian المعد كملف إدخال للإرسال لتشغيل حسابات التحسين والتردد عبر جهاز كمبيوتر محلي.
   بعد ذلك ، تم إجراء التحسين الهندسي لهذه الهياكل باستخدام MN15-L الوظيفية³² و 6-31 + G (d ، p) مجموعة^{الأساس 33}. ومع ذلك ، في حالة ظهور مشكلات في تشغيل عملية التحسين والتردد ، يمكن للمرء إرسال العمل بمساعدة HPC.

4. توليد شبكة المستقبلات

1. انتقل إلى المهام وحدد شبكة المستقبلات ³⁴. تحدد واجهة توليد شبكة المستقبلات الموضحة في الشكل 8 أ الموقع النشط للبروتين حيث يرتبط الترابط البلوري الأساسي. انقر فوق اختيار لتحديد الترابط والتحقق مما إذا كان الترابط المتبلور المشترك موجودا من الإشعار العلوي المنبثق الموضح في الشكل 8 ب.
2. حدد الروابط و / أو المخلفات من مساحة العمل ، وستظهر المركبات المحددة ذات الأهمية تمييزا أزرق في مساحة العمل.
3. حدد علامة تبويب الإعدادات في لوحة إنشاء شبكة المستقبلات لتعيين حجم مربع الشبكة. الحجم الافتراضي لمربع الشبكة هو 10 Å x 10Å × 10Å. قم بتعديل أبعاد المربع في علامة التبويب مربع الشبكة عن طريق إدخال القيم المطلوبة مباشرة أو تغيير حجم المربع يدويا داخل مساحة العمل.
   ملاحظة: بدلا من ذلك، قم بتعيين معلمات إضافية من علامة التبويب خيارات متقدمة كما هو موضح في الشكل 8C إذا لزم الأمر. راجع جميع الإعدادات لضمان الدقة.
4. انقر فوق تشغيل لبدء إنشاء الشبكة. بمجرد الانتهاء ، احفظ ملفات الشبكة التي تم إنشاؤها لمحاكاة الإرساء اللاحقة. ستظهر رسالة إعلام عند اكتمال المهمة، كما هو موضح في الشكل 8 د.

5. الإرساء الجزيئي

1. قم بتحميل البروتين والروابط المحضرة بالانتقال إلى المهام ، والالتحام³⁵ ، و Ligand Docking (الإرساء المنزلق) ، كما هو موضح في الشكل 9 أ.
2. قم بتحميل ملف الشبكة من الخطوة 4.1 أعلاه وحدد الروابط من مساحة العمل باستخدام استخدام الترابط من الخيار الموجود في الشكل 9 ب.
3. اختر طريقة دقة الإرساء المفضلة من علامة تبويب الإعدادات الموضحة في الشكل 9 C (دقة الإرساء الافتراضية هي الدقة القياسية (SP)).
4. اضبط مجال القوة على OPLS4 للحصول على نمذجة دقيقة للتفاعلات الجزيئية. قم بتعيين القيود (على سبيل المثال، الروابط الهيدروجينية) في علامة التبويب القيود .
5. راجع جميع الإعدادات واحفظ مهمة الإرساء أو الملف. انقر فوق RUN لبدء عملية الإرساء.
6. يشير إعلام إلى اكتمال المهمة، ويتم فتح جدول المشروع لنتائج الإرساء. افحص أوضاع الربط والنتائج والتفاعلات.

6. جيل نموذج 2D-QSAR

1. انتقل إلى صفحة ويب مركز مجتمع KNIME وابحث عن AutoQsar في شريط البحث . حدد إدخال AutoQsar الثاني الذي يظهر في الشكل 10 أ.
2. انقر فوق أيقونةسير العمل الخاصة ب d ownload وحدد تنزيل سير العمل في القائمة المنبثقة الموضحة في الشكل 10 ب. احفظ سير العمل على الكمبيوتر المحلي.
3. تأكد من تثبيت KNIME³⁶ ، ثم افتحه من الكمبيوتر المحلي. قم بتجميع جدول بيانات يحتوي على الابتسامات الأساسية ، واسم الهيكل ، وقيم النشاط / IC₅₀ (بالميكرومولار) ، و -log (النشاط / IC) أو أي واصف كيميائي من اختياره. احفظ الملف بتنسيق قيمة مفصولة بفواصل (CSV) على الكمبيوتر المحلي.
4. انتقل إلى ملف واستورد سير عمل AutoQSAR³⁷. من النافذة المنبثقة، انقر فوق استيراد سير عمل KNIME لتحديد سير عمل AutoQSAR الذي تم تنزيله، كما هو موضح في الشكل 10C وحدد فتح | التالي | إنهاء.
5. سيظهر سير عمل AutoQsar في نافذة مستكشف KNIME في أعلى اليسار. انقر نقرا مزدوجا فوق سير العمل لإحضار سير العمل إلى النافذة الرئيسية.
6. انقر نقرا مزدوجا فوق أيقونة القارئ الجزيئي (إلى MAE) ، ومن علامة التبويب الإعدادات ، انقر فوق إضافة ملف (ملفات) لإضافة ورقة العمل مع بيانات أو معلمات إدخال البيانات.
7. حدد علامة التبويب "سياسة الذاكرة " وانقر فوق "كتابة الجداول على القرص | حسنا.
8. انقر بزر الماوس الأيمن فوق الزر "استخراج الخصائص " وحدد تكوين، كما هو موضح في الشكل 10 د.
9. حدد الخصائص الجزيئية أو الكيميائية التي تختارها وقم بتصفيتها من نافذة الاستبعاد في نافذة تضمين . انقر فوق تطبيق.
10. انقر بزر الماوس الأيمن فوق نموذج بناء AutoQSAR وانقر فوق تكوين. أدخلاسم طراز Q SAR في مربع الحوار المنبثق.
11. انقر فوق الزرseting وحدد الخاصية التي تتناسب مع تلك المدرجة. اختر قيمة مجموعة التدريب العشوائي (على سبيل المثال، 85٪: 15٪) والعديد من النماذج للاحتفاظ بها. انقر فوق تطبيق.
12. انقر بزر الماوس الأيمن فوق قارئ الجزيئات السفلي وحدد تكوين. قم بتحميل روابط الاختبار من ملف CSV Excel معد يحتوي على الروابط المراد اختبارها.
13. انقر بزر الماوس الأيمن فوق استخراج الخصائص واضبط الإعدادات على اختيارك.
14. انقر بزر الماوس الأيمن فوق قارئ الجزيئات العلوي وحدد تنفيذ.
    ملاحظة: تشير النقطة البرتقالية إلى أن العملية قد بدأت ، وسيظهر الضوء الأخضر التنفيذ الناجح للعملية. ستستمر الخطوة التالية حتى يتم تنفيذ جميع العقد بنجاح.
15. . قم بتنفيذ قارئ الجزيئات الثاني لروابط الاختبار.
16. احفظ المجلد المضغوط مع نتائج مجموعة الاختبار والتدريب بعد التنفيذ الناجح لجميع العقد.
    ملاحظة: حدد النموذج الأفضل أداء بناء على نتائج التحقق من الصحة المتبادل مثل SD - الانحراف المعياري ، R2 - ارتباط مجموعة التدريب بين قيم النشاط الفعلية والمتوقعة و Q2 - ارتباط النشاط الفعلي والمتوقع لمجموعة الاختبار.
17. قم بتقييم أداء سير العمل من خلال تقييم أداء النموذج باستخدام الهداف أو العقد الإحصائية.
18. لتفسير النتائج، حدد الواصفات الرئيسية أو الرئيسية باستخدام أهمية الميزة. تصور النتائج كمخطط مبعثر أو مخطط شريطي لتحديد علاقة الأداء والواصف. احفظ سير العمل وقم بتصدير بيانات النتائج والتنبؤات والتصورات كمخطط مبعثر و/أو ملفات CSV.

7. التعداد

1. انتقل إلى المهمة وابحث عنL igand Designer ، كما هو موضح في الشكل 11 أ.
2. حدد زوجا من البروتين الراسي ومركب الترابط من ملاح مساحة العمل. انقر فوق تحليل مساحة العمل من نافذة مصمم الرابط. لإنشاء روابط جديدة وتقييمها ، حدد مسح متساوي الجراحة من قائمة مهام سير العمل التي تظهر ، كما هو موضح في الشكل 11 ب يعني الطريقة المتنامية التي توسع الترابط عن طريق إضافة شظايا إلى الأجزاء الموجودة من الجزيء.
3. بعد تعيين خيارالترقيم الإلكتروني ، انقر فوق تعداد من نافذة إشعار Isostere Scanning التي تظهر. كرر الخطوة 6.2 لنفس البروتين ورابط مختلف حتى تعمل جميع الروابط بنفس العملية. راجع الروابط المذكورة من جدول المشاريع.
4. احفظ الهياكل عن طريق تصدير الروابط المصممة.
   ملاحظة: أنشأت طريقة التعداد مجموعة من درجات الإرساء عند اكتمال المحاكاة.
5. حدد بشكل فردي المركبات التي تم تعدادها بدرجات الإرساء الأكثر سلبية وأعد إرساؤها باستخدام إجراء الإرساء الموضح في القسم 4.

8. هومو ولومو

1. افتح البرنامج وقم بتحميل الترابط المحسن بتنسيق ملف الوظيفة Gaussian.
2. انتقل إلى الأدوات وحدد محرر MO بنقاط حمراء وخضراء ، كما هو موضح في الشكل 12 أ.
   ملاحظة: أنشأت طريقة التعداد مجموعة من درجات الإرساء عند اكتمال المحاكاة.
3. في لوحة محرر MO تحت الطريقة ، قم بتحميل ملف FChk بالنقر فوق تحميل Mos من ملف Chk أو FChk الحالي ، كما هو موضح في الشكل 12 ب.
4. انقر فوق علامة التبويب التصور | تحديث. انتظر ~ 10 ثوان حتى يظهر السطح الحالي ، كما هو موضح في الشكل 12 د.
5. انقر فوق أحد مربعي الاختيار بجوار الأشكال الصفراء المميزة لتحديد سطح HOMO أو LUMO³⁸ لعرضه في النافذة المجاورة له.
6. انقر بزر الماوس الأيمن على الخلفية الأرجوانية وحدد ملف. انقر فوق حفظ ملف الصورة لحفظ صورة السطح الحالي ، كما هو موضح في الشكل 12E.
7. انقر بزر الماوس الأيمن على الخلفية الأرجوانية وحدد عرض. اختر تنسيق العرض لتغيير الخلفية في علامة التبويب عام ، وشفافية السطح في علامة التبويب السطح، وحجم الخط ولونه في علامة التبويب نص، وجودة الصورة والتخطيط المفضل للسطح ضمن علامة التبويب جزيء، كما هو موضح في الشكل 12F.
8. بدلا من ذلك ، قم بإنشاء ملف مكعب وتحميل ملف FChk في GaussView. انتقل إلى علامة التبويب النتائج واختر الأسطح/الخط. انقر فوق إجراءات المكعب وقم بتحميل المكعب. انقر فوق إجراءات Surface واختر Surface جديدا. كرر الخطوة 8.7 لتحرير السطح.
   ملاحظة: كلما كانت فجوة الطاقة بين HOMO و LUMO³⁹ أصغر (الفرق بين LUMO و HOMO) ، من المتوقع أن يكون الجزيء أكثر تفاعلا. احسب فجوة الطاقة (_الفجوة E) باستخدام المعادلة 1 لكل جزيء.
   

9. محاكاة الديناميكيات الجزيئية - إعداد النظام وتقليله

1. تأكد من تثبيت Schrodinger Suite في الكمبيوتر المحلي وتحميل الهياكل المعقدة للبروتين في مساحة^{العمل 40}.
2. انقر فوق الزر "مهمة " واختر Desmond System Builder⁴¹. في لوحة منشئ النظام ، حدد علامة التبويب "الذوبان" واختر نموذج المذيب المحدد مسبقا كما هو موضح في الشكل 13 أ ، وشكل الصندوق كما هو موضح في الشكل 13 ب ، وطريقة حساب حجم الصندوق كما هو موضح في الشكل 13 ج⁴² ، والتي تناسب مركب البروتين والترابط.
3. حدد علامة التبويب الأيونات وانقر فوق إعادة الحساب لتحييد النظام عن طريق إضافة مضادات وتعيين تركيز الملح المطلوب.
4. اختر OPLS^43,44 المفضل كمجال القوة.
5. قم بتسمية المهمة بشكل مناسب واحفظ ملف المهمة على الكمبيوتر المحلي. انقر فوق تشغيل لإرسال المهمة للتحضير.
   ملاحظة: تأكد من حفظ اسم الوظيفة. استخدم اسما مفصلا.
6. التوازن والإنتاج
7. عرض المشروع في مساحة العمل بعد إعداد النظام. حدد مركب البروتين والارتباط من Workspace Navigator ، وانتقل إلى المهمة ، واختر الديناميكيات الجزيئية (Desmond).
8. قم بتحميل مركب بروتين الترابط من مساحة العمل في لوحة الديناميكيات الجزيئية. حدد المخطط الزمني للمحاكاة المطلوب من علامة التبويب المحاكاة . حدد NPT كفئة المجموعة⁴⁵.
9. قم بتسمية الوظيفة بشكل مناسب واكتب الوظيفة. انقر فوق إغلاق للخروج من نافذة الديناميكيات الجزيئية.
10. إرسال المهمة المكتوبة لإعداد الديناميكيات الجزيئية عبر محطة محلية. عند الانتهاء ، افتح المهمة المكتملة وتابع وقت المحاكاة من المخطط الزمني للمحاكاة المحدد الأولي حتى وقت المحاكاة^{المطلوب 45} ، على سبيل المثال ، 100 ns ، 200 ns.
    ملاحظة: كرر الخطوة 9 لمجمعات البروتين والترابط الأخرى.
    1. افتح المهمة المكتملة في برنامج Schrodinger Maestro وقم بدمج الأطر الزمنية المختلفة للمحاكاة إذا تم تشغيل وظائف منفصلة. انتقل إلى الزر TASK وحدد الرسم التخطيطي لتفاعل المحاكاة. قم بتحميل الملفات المدمجة أو الملف الفردي لتصور المسار.
11. قم بإنشاء تقرير يتضمن المرئيات ونتائج المخرجات التفصيلية الأخرى.

10. الميكانيكا الجزيئية مع المولود المعمم ومساحة السطح (MM-GBSA)

1. افتح ملف المسار وقم بتشغيل المسار. تصور مكان توازن مركب البروتين والترابط ولاحظ عدد الإطارات. أرسل المهمة عبر المحطة الطرفية للمعالجة.
2. كرر القسم 9 (إعداد محاكاة الديناميكيات الجزيئية للبروتين) لمركب البروتين والروابط الأخرى.
3. تصنيف/عرض محتويات ملف الإخراج لتحليل النتائج التي تم إنشاؤها. اقرأ متوسط ΔG للحصول على الطاقة الحرة الملزمة لمركب بروتين الترابط.
4. قم بتنزيل ملف CSV لتصور مساهمات الجزيئات المختلفة داخل الجزيئات.
5. لحساب طاقة الربط الحرة للمركب ، لاحظ الديناميكا الحرارية المختلفة ومعلمات التلف ، بما في ذلك طاقة الربط (_ربط ΔG) ، ونموذج الذوبان الكولومبي (ΔG_bind Coulumb) ، ومصطلح الذوبان غير القطبي (ΔG_bind Lipo) ، وتصحيح الترابط الهيدروجيني (ΔG_bind Hbond) ، والربط التساهمي (ΔG_ربط التساهمي) ، وتصحيح التعبئة π-π (تعبئة_ربط ΔG) ، وطاقة الذوبان الكهروستاتيكي المعممة (_ربط ΔG sol GB) ، وتفاعل فان دير فالس (ΔG_bind vdW).
   1. اشتقاق ΔGbind النهائي عن طريق حساب متوسط قيم_ربط ΔG المحددة لكل لقطة داخل محاكاة MD ، كما هو موضح في المعادلة 2.

Results

توليد شبكة المستقبلات والالتحام الجزيئي

تم استخدام أداة إنشاء شبكة مستقبلات Maestro لتوصيف موقع الربط بشكل صحيح لالإرساء اللاحق. تم استخدام الترابط المتبلور المشترك لتحديد الشبكة. تم استخدام إعداد الانزلاق الدقيق SP لرسو السفن الجزيئي. تم استخدام أداة LigPrep في Schrödinger Maestro لإعداد الروابط للالتحام باستخدام مجال قوة OPLS4. لمحاكاة الديناميكيات الجزيئية ، تم استخدام مجال قوة OPLS4 في ديزموند. تعتبر مجالات القوة أساسية للمحاكاة الجزيئية الكلاسيكية ، ودقتها أمر بالغ الأهمية لجودة محاكاة ربط البروتين والترابط في اكتشاف الأدوية. بالنسبة ل OPLS4 ، تم الانتهاء من تخصيص الشحنة والمعلمات باستخدام Schrödinger Maestro. أدى تطبيق معلمات OPLS4 إلى تحسينات كبيرة في كل من المقارنات النشطة والهندسية مقارنة بالمعلمات الافتراضية ل OPLS2005.

استلزم ذلك إرساء روابط محددة معروفة بارتباطها بالبروتين المستهدف لفيروس نقص المناعة البشرية -1 ، مما يسمح بإجراء تحليل شامل للتفاعلات بين جزيئات الترابط وبقايا المستقبلات. يمثل الجدول 1 ملخصا للتصنيف المركب لنمذجة QSAR.

عند الإرساء HBY561 ، تم تقييم بروتوكول الإرساء من خلال مقارنة الترابط المعاد رساؤه مع الرابط الموجود في الموقع النشط للبروتين البلوري 1HQU. يتم توفير هياكل HBY561 الراسية والمبلورة في الملف التكميلي 1 (الشكل التكميلي S1 والشكل التكميلي S2). لتقييم التشابه بين الوضعيات الراسية والهياكل المرجعية ، تعتبر قيمة انحراف جذر متوسط التربيع (RMSD) التي تقل عن 2.0 Å على نطاق واسع معيارا لنتائج الإرساء الموثوقة. يشير هذا الحد إلى أن البنية المتوقعة تتوافق بشكل وثيق مع البيانات التجريبية. في هذه الدراسة ، أظهرت الروابط RMSD قدره 1.27 Å عند مقارنة الهيكل المرجعي بالوضع الراسي ، كما هو موضح باللون الأحمر في الشكل التكميلي S3. أظهر هذا أن بروتوكول الإرساء كان كافيا لهذا العمل ، ونتيجة لذلك ، تم إرساء جميع الروابط باستخدام نفس الإعدادات. عند فحص درجات الإرساء المعروضة في الجدول 2 ، أظهر Efavirenz و Etravirine الدرجات الأكثر ملاءمة عند -10.432 eV و -9.647 eV بالنسبة لدرجة الإرساء للترابط المتبلور HBY561 (-9.242 eV). يوضح الأشكال التكميلية S4 من الملف التكميلي 1 مخططات تفاعل الترابط بين بروتين HIV-1 الأصلي والترابط البلوري والإترافيرين وإيفافيرينز.

الترابط الهيدروجيني ، والتكديس π-π ، والتفاعلات الكارهة للماء هي القوى الأساسية التي تساهم في الارتباط. ظهرت حالة محددة من الترابط الهيدروجيني بين HBY561 والبروتين المعين 1HQU ، والتي تتضمن صراحة بقايا الأحماض الأمينية LYS101. يعكس نمط الترابط هذا الملاحظات التي تم إجراؤها مع الروابط Efavirenz و Etravirine ، كما هو موضح في الشكل 14.

علاوة على ذلك ، كانت التفاعلات الكارهة للماء ضرورية للارتباط في العديد من مواقع البروتين التي تتضمن HBY561 و Etravirine و Efavirenz ، بالإضافة إلى القوى بين الجزيئات ، والرابطة الهيدروجينية ، والتكديس π-π. لوحظ تكديس π-π بين TYR318 والحلقة العطرية في Efavirenz. كان كل من الترابط الهيدروجيني والتكديس π-π ضروريين في الحفاظ على روابط الربط بين الروابط والبروتين. يتم تقديم مخططات تفاعل الترابط ل HBY_561 و Nevirapine و Doravirine و Efavirenz و Etravirine في الملف التكميلي 1-SupplementalFigureS5.

تؤثر هذه القوى بين الجزيئات على تفاعلات البروتين والترابط وهي ضرورية لتطوير الأدوية الطبية التي تقلل من مقاومة مضادات الميكروبات في فيروس نقص المناعة البشرية -1. يساعد دورها في تعزيز التقارب الملزم والخصوصية وآلية العمل في تصميم الأدوية التي يمكن أن تستهدف الفيروس وتثبطه بشكل فعال ، وبالتالي معالجة القلق المتزايد لمقاومة مضادات الميكروبات في سياق علاج فيروس نقص المناعة البشرية -1.

إعداد مجموعة بيانات 2D-QSAR

تضمنت مرحلتا التدريب والاختبار 94 مركبا. تم تصنيف هذه المركبات إلى أربع فئات ، كل منها يمثل روابط مرتبطة بالبروتين المحدد الذي تم اختباره. استخدمت عملية التدريب سير عمل KNIME AutoQSAR مع النشاط ، تم اختيار HOMO و LUMO كواصفات ثلاثة لهذا التحقيق.

جيل 2D-QSAR

تم تحديد قيم نشاط جميع الجزيئات البالغ عددها 94 من خلال البيانات التجريبية (الجدول التكميلي S1). يمكن الاطلاع على النتائج المستخلصة من نموذج QSAR في الجدول 3. تم استخدام مركبات الفئة 1 في الجدول التكميلي S2 لنمذجة QSAR ، مما يدل على مجموعات Ar المضافة وقيم نشاط كل منها. تشير نتائج الفئات الأربع إلى أنه تم تحقيق أعلى درجة من 0.8223 و R² من 0.815 و Q ² من 0.8182 ، وهو ما يتوافق مع الفئة 1. يتوافق هذا مع المعايير السابقة لاستهداف R² بالقرب من 1 و Q² أكبر من 0.7⁴⁶. وبالتالي ، اخترنا الفئة 1 لتدريب نموذج QSAR الخاص بنا. بينما أظهرت نماذج الفئتين 3 و 4 قيمة ارتباط ممتازة R² تبلغ 0.8172 و 0.6673 ، على التوالي ، إلا أنها لم تتطابق مع أداء الفئة 1.

تم إجراء الارتباط المتبادل لمزيد من التحقق من صحة استقرار نموذج QSAR المقترح وفقا لمعيار أن الفرق بين درجة Q² 0.8223 و R² يجب أن يكون أقل من أو يساوي 0.3⁴⁷. نموذجنا المقترح للفئة 1 له فرق قدره 0.0038. يتم توفير مخطط المبعثر الذي يصور النشاط المرصود مقابل النشاط المتوقع في الشكل 15.

فجوة الطاقة HOMO-LUMO

يلعب تحديد فجوة الطاقة بين أدنى مدار جزيئي غير مشغول وأعلى مدار جزيئي مشغول ، والمعروف باسم فجوة طاقة HOMO-LUMO ، دورا مهما في توصيف التفاعل الكيميائي للجزيء والاستقرار الحركي في سياق مركبات NNRTI الستة. تلعب المدارات الجزيئية الحدودية دورا محوريا في تسهيل تفاعلات نقل الشحنة مع موقع ربط بروتين فيروس نقص المناعة البشرية. تم ضمان تأكيد الحد الأدنى للطاقة من خلال فحص الترددات الاهتزازية وتأكيد عدم وجود ترددات سالبة أو وهمية. بعد ذلك ، تم الحصول على قيم HOMO و LUMO لكل حد أدنى للطاقة. تشير قيمة HOMO الأعلى إلى كفاءة الجزيء كمتبرع للإلكترون ، بينما تشير القيمة الأقل إلى أنه يعمل كمتقبل إلكترون ضعيف. يمثل الشكل التكميلي S6 فجوات الطاقة HOMO_LUMO ل NNRTIs الستة المحسنة. علاوة على ذلك ، فإن فجوة الطاقة المنخفضة بين مستويات طاقة HOMO و LUMO تؤثر بشدة على تفاعلات نقل الشحنة بين الجزيئات التي تحدث بين الجزيئات المدروسة بسبب القدرة القوية على قبول الإلكترون والنشاط الحيوي للجزيئات⁴⁸.

يتبع الاتجاه في قيم فجوة الطاقة ، كما هو مبين في الجدول 4 ، ترتيبا تنازلا: Efavirenz > Etravirine > HBY-561 > Nevirapine > Delavirdine > Doravirine > Rilpivirine. تشير فجوة الطاقة الكبيرة التي لوحظت ل Efavirenz و Etravirine إلى أن تحليلات درجات الإرساء تكشف عن وجود علاقة بين النشاط البيولوجي وفجوة HOMO-LOMO. والجدير بالذكر أن الإمكانات المضادة للفيروسات تزداد مع زيادة قيم الفجوة بين HOMO-LUMO. إنه لا يشير فقط إلى استقرار المركبات ولكن أيضا قدرتها على تشكيل تفاعلات مستقرة مع المستقبلات. تلعب فجوة HOMO-LUMO دورا مهما في فهم النشاط الحيوي للجزيئات ، لا سيما في سياق تصميم دواء فيروس نقص المناعة البشرية -1.

التعداد

تم إنشاء أدوات مختلفة لتعداد المكتبات الافتراضية. تشمل الأدوات المستخدمة في التعداد شرودنجر. يعتمد على طريقة التنقل الأساسية ، حيث يتم إنشاء المكتبات عن طريق استبدال مرفق واحد أو عدة مرفقات على بنية أساسية بشظايا من مركبات الكاشف⁴⁹. تم استخدام أداة التعداد في Maestro v13.1 لإضافة مجموعات جانبية أو ذرات مخصصة إلى كل من NNRTIs الستة. كما استخدمت المركبات الجديدة للتنبؤ بالأنشطة. كان هناك تحسن في قيم النشاط المتوقعة للجزيئات المعدودة مقارنة بجزيئات NNRTI المحسنة في البداية ، كما يتضح من الجدول 5.

كان التحسن الموضح في قيم نشاط الروابط المعدودة بسبب عملية التعداد التي تم إجراؤها حيث أثرت مجموعة R المخصصة المضافة على قوى تفاعل المركب الجديد المقترح والبروتين الأصلي. تم تحضير المركبات المعدودة لميكانيكا الكم عن طريق تحسين هذه الجزيئات وحساب تردداتها الاهتزازية. تم حساب فجوات الطاقة الخاصة بهم ومقارنتها بفجوات الطاقة في NNRTIs. تشير الملاحظة الإجمالية ، كما هو موضح في الجدول 6 ، إلى أن المركبات المعدودة أكثر استقرارا من نظيراتها المحسنة.

في الجدول 6 ، لوحظ أن فجوة الطاقة للمركبات المعدودة مقارنة بالمركبات المحسنة أظهرت اتجاها مماثلا. يشير هذا إلى أن الخصائص الكيميائية للجزيئات المعدودة ظلت دون تغيير ، بغض النظر عن أي دوران توافقي. وبالتالي ، كانوا قادرين على الحفاظ على قوى مهمة بين الجزيئات مع بقايا الأحماض الأمينية للبروتين.

قبل إجراء عملية التعداد ل NNRTIs كما هو موضح في القسم 6 من البروتوكول ، كان لنتائج المخرجات المرصودة درجات الإرساء الأولية من عملية التعداد ، ممثلة في الجدول 7 تحت عمود درجة الإرساء المعدودة. كما هو موضح في القسم 4 من البروتوكول ، تم إجراء عملية الإرساء الجزيئي للتحقق من صحة درجة الإرساء المقترحة للمركبات المعددة. يمكن ملاحظة أنه بعد إعادة إرساء المركبات المعدودة ، تحسنت درجات الإرساء الجديدة ، كما هو موضح في عمود "الروابط المعدودة المعاد إرساءها". تمت مقارنة الدرجات المعاد إرساؤها للمركبات المعدودة بدرجات الإرساء ل NNRTIs الأصلية الممثلة تحت عمود "درجة الإرساء الأصلية" في الجدول 7. يمكن ملاحظة أنه بالنسبة للمركبات التي تم تعدادها ، كانت درجات الإرساء ل HBY_561 و Etravirine و Efavirenz و Doravirine أفضل من تلك الخاصة بالمركبات المحسنة المكافئة. ومع ذلك ، يمتلك Delavirdine نفس درجة الإرساء مثل Delavirdine المعدود والمحسن.

الديناميات الجزيئية

تتكون ثلاث روابط هيدروجينية بواسطة HBY 561 مع LYS101 ، وذرات N شديدة الكهربية ، و OH. ينشئ الترابط البلوري ، أو الجزيء الثالث ، رابطتين هيدروجنيتين في وقت واحد مع الكبريت والهيدروجين ورابط هيدروجين ثالث مع GLU138. الأهم من ذلك ، أن التراص π-π والتفاعلات الكارهة للماء تساهم بشكل كبير في القوى بين الجزيئات المعنية. علاوة على ذلك ، فإن وجود روابط هيدروجينية إضافية أمر بالغ الأهمية للديناميكيات الجزيئية ، ولا سيما في الرسوم البيانية الناتجة عن متوسط الانحراف التربيعي (RMSD). إجمالا ، لوحظ أن ثلاث روابط هيدروجينية تشكلت بواسطة Efavirenz مع ذرة النيتروجين شديدة السالبية ، وذرة الأكسجين في الحلقة الأخرى غير العطرية ، وحلقة البنزين و TYR318 بين الترابط شديد السالبية الكهربية N في الحلقة المركزية. تظهر رابطة هيدروجينية ثانية بين N من الحلقة و OH و LY101. يظهر Etravirine ثلاث روابط هيدروجينية مع LYS101. يشكل Doravirine رابطة هيدروجينية مع GLU138. يظهر Nevirapine رابطتين هيدروجنيتين مع LY101.

في هذه الحالة ، فإن تفاعل بقايا الأحماض الأمينية المشتركة بين جميع الروابط هو LYS101. على الرغم من اختلاف هياكلها ، إلا أنها تتفاعل جميعها مع نفس بقايا الأحماض الأمينية. تم إجراء عمليات محاكاة MD باستخدام المعلمات المدرجة في قسم البروتوكول 2.8 للتأكد من مدى جودة أو ضعف ارتباط كل رابط (NNRTI و NNRTI المدرج) بالموقع النشط ل 1HQU. يشير تفاعل الترابط الموضح في الشكل 16 إلى روابط هيدروجينية قوية بين الحمض الأميني LY101 للبروتين والجزيئات HBY 561 و Nevirapine و Efavirenz و Etravirine. كما يتضح من المقارنة في الجدول 7 ، فإن هذه التفاعلات القوية تمثل درجات الإرساء العالية لكل مركب.

لتقييم فعالية الربط لكل رابط ، بما في ذلك NNRTI و NNRTI المعدود في الموقع النشط ل 1HQU ، تم إجراء محاكاة الديناميكيات الجزيئية (MDS). على وجه التحديد ، تم اختيار المركبات الأربعة التي تم تعدادها والتي أظهرت درجات إرساء أفضل من المجموعات المحسنة الأصلية. تم إخضاع هذه المركبات المختارة ل MDS كطريقة تحقق لفحص ومراقبة تفاعل كل جزيء مع بروتين فيروس نقص المناعة البشرية -1 خلال فترة محددة ، مع مراعاة التفاعلات بين الذرات في وجود الترابط.

قبل البدء في متلازمات خلل التنسج النقوي للجليكانات التي تم تعدادها مؤخرا ، كان من الضروري تأكيد مدى ملاءمة بروتوكول المحاكاة لنظامنا. لتحقيق ذلك ، تضمنت الخطوة الأولى تشغيل MDS للبروتين الحر 1HQU. لم يكن هناك رابط داخل الموقع النشط للبروتين (الشكل 17 أ والشكل التكميلي S7). حتى ~ 60 نانوثانية ، هناك تقلبات كبيرة في بنية البروتين ، مما ينتج عنه تحولات Cα RMSD تصل إلى 4.5 Å ؛ بعد ذلك ، يبدو أن البروتين يستقر مع تذبذب RMSD ~ 3.5 Å حتى 200 نانوثانية. أقنعنا هذا الاستقرار بأن بروتوكول MD سيكون مناسبا لمجمعات البروتين والترابط الخاصة بنا ، والتي سيتم تحليلها في القسم التالي.

أظهر 200 نانوثانية MDS من Etravirine و Etravirine المعدود (الشكل 17B ، C) تقلبات متوسط تربيع الجذر (RMSD) للإترافيرين بالقرب من 5.0 Å وتوازن 4.5 Å. أظهر Etravirine المذكور تقلبات RMSD تبلغ 4.5 Å وتوازن 3.5 Å. يشير هذا الاستقرار إلى أن Etravirine التعداد يمكن أن يكون رابطا محتملا ل NNRTI لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز. يشير المسار الذي يحتوي على RMSD أقل من 5 Å إلى تأثير ربط قوي بين بروتين الموقع النشط والترابط. تم إجراء هذه الملاحظة لجميع المركبات المذكورة سابقا ، باستثناء Nevirapine و Doravirine ، من بين المركبات التي تم تعدادها (الملف التكميلي 1: الشكل التكميلي S8 ، الشكل التكميلي S9 ، الشكل التكميلي S10 ، والشكل التكميلي S11).

يحلل الشكل 18 والشكل 19 الارتباط بين Etravirine و Etravirine والبروتين. تتضمن البيانات التي تم تحليلها رسما بيانيا للتفاعل ، وبروتين الترابط ، واتصالات البروتين والترابط. يرتبط الرسم البياني لملامسة التفاعل لكل رابط مرتبط بالبروتين ارتباطا مباشرا بقوى التفاعل المقابلة بين بقايا الحمض الأميني للبروتين والترابط. الوفرة العالية ل LYS101 مميزة جدا ل Etravirine و Etravirine المعدود ، ولوحظ شريط برتقالي سميك مرئي. لوحظ وجود شريط برتقالي فاتح يمكن تمييزه بشكل خافت يقع في الطرف السفلي من مخطط Etravirine المذكور بالارتباط مع TYR181. تشير هذه المراسلات إلى وجود قوتين من قوى الجذب بين الجزيئات بين GLU138. تمت مقارنة هذه الملاحظة الإيجابية للروابط وأشكالها المعدودة لتحليل رابط أفضل كمركب محتمل ل NNRTI. واستنادا إلى النتائج المقدمة، فإن الإترافيرين المذكور يمتلك القدرة على استخدامه لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية/الإيدز.

الميكانيكا الجزيئية مع حسابات الولادة ومساحة السطح المعممة (MM-GBSA)

في هذه الدراسة ، كان المصدر الأساسي للمدخلات النشطة نحو الطاقة الحرة الملزمة ، ربط_{ΔG ،} هو مساهمة تفاعل فان دير فالس ، ΔG_VdW . يحتوي Etravirine المحسوب على ΔG_VdW أعلى من -66.146 كيلو كالوري / مول من نظيره المعروف NNRTI مع ΔG_VdW يبلغ -64.669 كيلو كالوري / مول. تشير قيمة ΔG_Hbond الأعلى البالغة -2.541 كيلو كالوري / مول من Etravirine المعدودة إلى المساهمة الكبيرة لقوى الجذب الهيدروجينية بين الترابط والبروتين. كانت مساهمات ΔG_Coulomb و ΔG_{التساهمية} للإترافيرين المتعداد (-17.976 و 2.807 كيلو كالوري / مول) أكبر بكثير من مساهمات نظير NNRTI المعروف ، الذي كان لديه -11.196 و 2.491 ، على التوالي.

النتائج المرصودة أثناء ارتباط Etravirine و Etravirine المذكور ببروتين 1HQU متسقة إلى حد ما. تم العثور على Etravirine المعدود ليكون أفضل من نظيره ، Etravirine ، بسبب رابطتين هيدروجنيتين إضافيتين. كشفت الدراسة أيضا أن Etravirine المذكور كان مفضلا للارتباط بالجيب المحدد. يظهر ارتباط_{ΔG الأكثر} سلبية (-89.684 كيلو كالوري / مول) للإترافيرين المذكور مقارنة ب Etravirine (-80.551 كيلو كالوري / مول) أن Etravirine المذكور هو مثبط جيد لفيروس نقص المناعة البشرية -1 RT.

الشكل 1: الهياكل الكيميائية لستة مثبطات نسخ عكسي غير نوكليوتيدات معتمدة من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية لفيروس نقص المناعة البشري-1. NVP = نيفيرابين. DLV = ديلافيردين. EFV = Efavirenz ؛ ETV = Etravirine ؛ RPV = ريلبيفيرين. DOR = دورافيرين. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: فتح تطبيق Maestro Schrodinger على Windows في الكمبيوتر المحلي. (أ) الانتقال إلى تطبيق مايسترو شرودنجر في الحاسوب المحلي. (ب) كيفية فتح وتشغيل تطبيق Maestro Schrodinger في الكمبيوتر المحلي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: استيراد بنية ملف PDB من الكمبيوتر المحلي إلى نافذة المشروع في Schrödinger. (أ) وظيفة هيكل الاستيراد في Maestro Schrodinger. (ب) مربع نص معرف PDB. (ج) ملف PDB الذي تم تنزيله في الكمبيوتر المحلي. (د) زر الاستيراد للسماح باستيراد ملف معرف PDB المدرج. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: هيكل ملف PDB الذي تم استيراده إلى نافذة مشروع Schrodinger. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 5: سير عمل تحضير البروتين. (أ) واجهة بحث سير عمل تحضير البروتين. (ب) حفظ اسم ملف الوظيفة والبدء في عملية تحضير البروتين. (ج) نافذة رصد تشغيل المهام. (د) تقسيم الترابط إلى مكوناته الفردية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6: سير عمل إعداد الترابط. (أ) استيراد الهياكل من الكمبيوتر المحلي إلى نافذة مشروع شرودنجر لإعداد البروتين. (ب) البحث عن عملية إعداد الترابط. (ج) نافذة سير عمل إعداد الترابط. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 7: سير عمل الهندسة والتحسين. (أ) نافذة قائمة GaussView لتحسين الشكل الهندسي. (ب) أنواع الوظائف المتوفرة في علامة التبويب حساب في GaussView. (ج) الخيارات المتاحة تحت علامة التبويب Link0 في GaussView. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. 

الشكل 8: إنشاء شبكة الانزلاق وسير عمل الإرساء الجزيئي. (أ) واجهة سير عمل إنشاء شبكة المستقبلات. (ب) إشعار منبثق لاختيار ذرة داخل الترابط. (ج) الإعدادات المتقدمة للمستقبلات. (د) إخطار بإنجاز المهمة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 9: إرساء الترابط الانزلاقي. (أ) واجهة لتحام الترابط الانزلاقي البحث. (ب) واجهة إرساء الترابط. (ج) إعدادات الدقة لتطبيق Glide Docking. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 10: سير عمل إعداد KNIME QSAR. (أ) البحث عن عقدة AutoQSAR على صفحة ويب مركز مجتمع KNIME. (ب) زر التنزيل للحصول على عقدة AutoQSAR KNIME. (ج) استيراد سير عمل AutoQSAR KNIME الذي تم تنزيله. (د) إعدادات تكوين الروابط عند بناء نموذج QSAR. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 11: تعداد الروابط باستخدام مصمم الترابط في المايسترو شرودنجر. (أ) البحث عن خيارات Ligand Designer في Schrodinger. (ب) قائمة بسير العمل لإجراء عملية التعداد. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 12: سير عمل إنشاء HOMO-LOMO. (أ) للوصول إلى خيارات المحرر الجزيئي في علامة التبويب أدوات في GaussView. (ب) تحميل ملف Chk أو FChk موجود لتوليد مدارات جزيئية حدودية. (ج) رسم توضيحي للمدارات الحدودية HOMO و LUMO في GaussView. (د) تصور النافذة لعرض المدارات الحدودية HOMO و LUMO. (ه) إنقاذ المدارات الحدودية للهوموي واللومو. (و) واجهة تنسيق العرض في GaussView. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 13: إعداد الديناميكيات الجزيئية وإعدادها وإعدادها وسير عملها. (أ) منشئ نظام ديزموند: خيارات الذوبان لتحديد نماذج المياه الصلبة. (ب) خيارات حدود منشئ نظام ديزموند لتحديد شكل الصندوق. (ج) منشئ نظام ديزموند: طريقة لحساب حجم الصندوق. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 14: مخططات تفاعل الترابط بين 1HQU و 3 روابط راسية علوية. قوى التفاعل بين البروتين (1HQU) و (أ) الترابط البلوري (HBY561) ، (ب) إيفافيرينز ، و (ج) إيترافيرين. تؤثر هذه القوى على تفاعلات البروتين والترابط وهي ضرورية لتطوير الأدوية الطبية التي تقلل من مقاومة مضادات الميكروبات في فيروس نقص المناعة البشرية -1. يساعد دورها في تعزيز التقارب الملزم والخصوصية وآلية العمل في تصميم الأدوية التي يمكن أن تستهدف الفيروس وتثبطه بشكل فعال ، وبالتالي معالجة القلق المتزايد لمقاومة مضادات الميكروبات في سياق علاج فيروس نقص المناعة البشرية -1. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 15: يوضح مخطط مبعثر النشاط المرصود مقابل النشاط المتوقع للفئة 1 من نموذج QSAR. يمثل الرسم البياني الملاءمة بين الفئة 1 كمجموعة تدريب ومركبات NNRTI كمجموعة اختبار لإعطاء قيمة نشاط تنبؤية. الاختصارات: NNRTI = مثبطات النسخ العكسي غير النيوكليوتيدات. QSAR = العلاقة الكمية بين الهيكل والنشاط. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 16: مخططات تفاعل الترابط. قوى التفاعلات بين البروتين و (أ) HBY_561 الترابط البلوري المعدد ، (ب) تعداد نيفيرابين ، (ج) عدد دورافيرين ، (د) عدد إيفافيرينز ، و (ه) عدد إيترافيرين. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 17: مخطط تفاعل محاكاة الديناميكيات الجزيئية للبروتين الحر Etravirine و Etravirine المعدود. (أ) مخطط تفاعل الديناميكيات الجزيئية للبروتين الحر. (ب) مخطط تفاعل الديناميكيات الجزيئية للإترافيرين. (ج) مخطط تفاعل الديناميكيات الجزيئية للإترافيرين المعدود. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 18: الاتصال التفاعلي بالرسم البياني بين Etravirine والبروتين. (أ) الجدول الزمني لاتصالات البروتين والترابط ل Etravirine. (ب) الجدول الزمني لتفاعلات البروتين والترابط بمرور الوقت ، بما في ذلك الروابط H ، وملامسات الكارهة للماء ، والأيونية ، والجسر المائي. (ج) رسم تخطيطي يوضح التفاعلات التفصيلية بين ذرات الترابط وبقايا البروتين. يتم عرض التفاعلات التي تحدث أكثر من 30٪ من وقت المحاكاة (0.00 إلى 200 نانوثانية) فقط. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 19: الرسم البياني لملامسات التفاعل بين Etravirine المعدود والبروتين. (أ) الجدول الزمني لجهات اتصال البروتين والترابط للإترافيرين المعدد. (ب) الجدول الزمني لتفاعلات البروتين والترابط بمرور الوقت ، بما في ذلك الروابط H ، وملامسات الكارهة للماء ، والأيونية ، والجسر المائي. (ج) رسم تخطيطي يوضح التفاعلات التفصيلية بين ذرات الترابط وبقايا البروتين. يتم عرض التفاعلات التي تحدث أكثر من 30٪ من وقت المحاكاة (0.00 إلى 200 نانوثانية) فقط. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

فصل	هدف البروتين	مجموعة المركب	إجمالي عدد المركبات المختارة
1	NL4-3 من النوع البري HIV-1	(8a1-8e5 - EC50 (نانومتر) أ)	25
2	IIIB WT فيروس نقص المناعة البشرية-1	13a1-13d6 - EC50 (نانومتر) أ	23
3	سلالة مقاومة RES056 NNRTI	13a1-13d6 - EC50 (نانومتر) أ	23
4	سلالة ROD HIV-2	13a1-13d6 - EC50 (نانومتر) أ	23
إجمالي المركبات المختارة لنمذجة QSAR			94

الجدول 1: ملخص معايير التصنيف المركب لنمذجة QSAR. تم تصنيع مجموعة بيانات من 94 مركبا ثنائي هيدروفورو [3،4-د] بيريميدين من قبل كانغ وزملاؤه⁵⁰ لاستهداف سلالات مختلفة من فيروس نقص المناعة البشرية ، وهي NL4-3 من النوع البري HIV-1 و IIIB WT HIV-1 و RES056 سلالة مقاومة ل NNRTI وسلالة ROD HIV-2. تم تجميع مشتقات البيريميدين هذه في أربع فئات وفقا للبروتين المستهدف للتحضير لأداء تدريب QSAR الخاص بنا. يلخص الجدول كيف تم تجميع هذه الجزيئات في أربع فئات وفقا لقيم EC₅₀ التجريبية ، والتي تمثل فاعلية الدواء ، والتي يتم تشغيلها كتركيز يمارس فيه الدواء 50٪ من تأثيره الأقصى. الاختصارات: NNRTI = مثبطات النسخ العكسي غير النيوكليوتيدات. QSAR = العلاقة الكمية بين الهيكل والنشاط.

اسم البروتين	ليجند	درجة الإرساء
1HQU	إيفافرينز	-10.432
	الإيترافيرين	-9.647
	HBY_561	-9.242
	دورافيرين	-9.04
	نيفيرابين	-8.825
	ريلبيفيرين	-7.722
	ديلافيردين	-6.519

الجدول 2: درجات الإرساء لستة NNRTIs محسنة وبروتين فيروس نقص المناعة البشرية -1. درجات الإرساء مخصصة ل NNRTIs الستة قيد التحقيق. تشير النتيجة الأكثر سلبية إلى فعالية ربط جيدة بين الترابط والبروتين. أظهر Efavirenz و Etravirine الدرجات الأكثر ملاءمة عند -10.432 eV و -9.647 eV بالنسبة لدرجة الإرساء للترابط المتبلور المشترك HBY561 (-9.242). كانت الروابط المحتملة هي تلك التي لديها درجة إرساء سلبية أكثر ، أقل من -9.242 eV.

فئة الدواء	تركيب النشاط بنسبة 85 بالمائة	العمود 1	العمود 2	العمود 3	العمود 4	العمود 5
	نقاط	[سد]	التوصية 2	RMSE	س2	س2 ميغاواط (فرضية فارغة)
1	0.8223	0.3268	0.815	0.2479	0.8185	0.1462
2	0.5671	0.2996	0.5067	0.1996	0.2264	0.4736
3	0.8172	0.3692	0.8114	0.1536	0.9065	-1.1532
4	0.6673	0.367	0.6436	0.1709	0.8852	0.1445
* SD - الانحراف المعياري ،
R2 - ارتباط مجموعة التدريب بين قيم النشاط الفعلية والمتوقعة ،
Q2 - اختبار مجموعة ارتباط النشاط الفعلي والمتوقع.
RMSE - جذر متوسط الخطأ التربيعي

الجدول 3: المعلمات الإحصائية لنموذج 2D-QSAR. يعرض الجدول الانحراف المعياري ، وارتباط مجموعة التدريب بين قيم النشاط الفعلية والمتوقعة (R²) ، ودرجة عالية لارتباط النشاط الفعلي والمتوقع لكل فصل (^Q2). تمثل الدرجة الأعلى (R²) الفصل.

ليجاند	هومو	لومو	الفجوة E
إيفافرينز	-0.2242	-0.06943	0.15477
الإيترافيرين	-0.21408	-0.08141	0.13267
نيفيرابين	-0.20602	-0.07759	0.12843
HBY_561	-0.19687	-0.0748	0.12207
ديلافيردين	-0.19651	-0.07958	0.11693
دورافيرين	-0.22413	-0.10916	0.11497
ريلبيفيرين	-0.21343	-0.11216	0.10127

الجدول 4: فجوة طاقة HOMO-LUMO للشبكات الوطنية للاتصالات غير الإنتاجية المحسنة. ويبين الجدول نتائج فجوات الطاقة التي تم الحصول عليها بعد تحسين الشبكات الوطنية للطاقة الستة HOMO-LUMO.

ليجند	الروابط المحسنة	الروابط المعدودة
دورافيرين	7.229	7.374
ريلبيفيرين	7.302	7.279
الإيترافيرين	7.229	7.374
إيفافرينز	7.229	7.323
ديلافيردين	7.302	7.302
نيفيرابين	7.229	6.988
HBY_561	7.229	7.323

الجدول 5: درجات النشاط المتوقعة ل NNRTIs المحسنة مقابل NNRTIs المعدودة المقابلة. يقارن الجدول درجات النشاط التنبؤي بين الروابط المحسنة والمعدودة. كلما زادت درجات النشاط, كلما كان المجمع أفضل كمخدرات محتملة الرصاص.

ليجاند	فجوة الطاقة بعد التحسين	فجوة الطاقة بعد التعداد	فرق الفجوة بين المركبات المحسنة والمعدودة
دورافيرين	0.115	0.126	0.011
ريلبيفيرين	0.101	0.127	0.030
الإيترافيرين	0.133	0.126	0.010
إيفافرينز	0.155	0.126	0.030
ديلافيردين	0.117	0.126	0.010
نيفيرابين	0.128	0.126	0.002
HBY_561	0.122	0.126	0.004

الجدول 6: مقارنة بين فجوات الطاقة المتوقعة للوحدات النووية غير الراديوية المعدودة وفجوة الطاقة الأصلية للمحطات الوطنية للنقاطيس النيبالية المحسنة.يوضح الجدول مقارنة بين فجوة الطاقة HOMO-LUMO بين الروابط المحسنة والمعدودة وفروق فجوة الطاقة بينهما.

الليجند المعدود	قاعدة 5 خصائص	العمود 1	العمود 2	العمود 3	العمود 4	العمود 5	تمت إضافة مجموعة جانبية	درجة الإرساء المعدودة	نتيجة الإرساء الأصلية	الروابط المعدودة المعاد إرساؤها
	AlogP	بسا	HBD	HBA	ميغاواط	MPO
دورافيرين	2.4	125.9	2	8	441.8	0.49	هيدروكسيل	-8.894	-9.04	-9.739
الإيترافيرين	4.4	140.9	3	8	451.3	0.37	هيدروكسيل	-10.258	-9.647	-10.517
إيفافرينز	3.7	64.3	2	3	330.7	0.75	امين	-10.284	-10.432	-11.025
نيفيرابين	2.6	58.1	1	4	284.3	0.73	الفلوريد	-9.112	-8.825	-9.445
HBY_561	2.4	93.9	2	6	358.5	0.66	اميد	-9.596	-9.242	-10.1
AlogP - (لوغاريتم محسوب لمعامل تقسيم أوكتانول الماء).
PSA - (مساحة السطح القطبية)
HBD - (الجهات المانحة لسندات الهيدروجين)
HBA - (مستقبلات السندات الهيدروجينية)
ميغاواط - (الوزن الجزيئي)
MPO - (تحسين متعدد المعلمات)

الجدول 7: مقارنة درجات الإرساء بين NNRTIs الأصلية والمعدودة. يوضح الجدول المقارنة بين درجات الإرساء المعدودة، وهي درجات الإرساء بعد التعداد. درجات الإرساء الأصلية هي درجات الإرساء ل NNRTIs المحسنة. الدرجات المعاد إرساؤها هي درجات الإرساء للروابط التي تم تعدادها. نظرا لأن عملية التعداد تعطي درجة إرساء تنبؤية ، فقد كان لا بد من إعادة إرساء الروابط بنفس طريقة الروابط المحسنة. المجموعات المضافة هي تلك التي تمت إضافتها إلى الروابط أثناء عملية التعداد.

ليجند	ΔGربط	ΔGكولوم	ΔGتساهمي	ΔGHbond	ΔGليبو	حزمة ΔG	ΔGSolv	ΔGVdW
الإيترافيرين	-80.551	-11.196	2.491	-1.509	-27.447	-4.826	26.605	-64.669
Etravirine معدود	-89.684	-17.976	2.807	-2.541	-27.652	-4.211	26.034	-66.146
إتش بي وى 561	-79.664	-12.261	0.994	-0.521	-26.052	-1.278	18.624	-59.169
تعداد HBY561	-82.719	-13.443	1.534	-0.603	-27.053	-1.210	20.600	-62.544
إيفافرينز	-71.372	-12.984	1.151	-0.834	-25.353	-1.379	14.472	-46.44
عدد إيفافرينز	-79.125	-18.602	1.753	-2.159	-25.409	-1.198	16.619	-50.129

الجدول 8: MMGBSA reXts للروابط المختارة على 1HQU. يمثل الجدول الميكانيكا الجزيئية مع حسابات المولود المعمم ومساحة السطح ، والتي تظهر متوسط طاقة حرة الربط (ΔGbind) لمركب البروتين والترابط. يوضح الجدول مقارنة بين الروابط المحسنة في الأصل والتي تظهر درجات إرساء جيدة بالنسبة للروابط البلورية ونظيراتها المعدودة. يجب أن يفي المركب المختار ذو درجة إرساء أعلى وتذبذب RMSD للمحاكاة الديناميكية الجزيئية الجيدة عند التوازن أيضا حسابات MMGBSA من خلال إظهارالطاقة الحرة الأكثر سلبية للربط (ربط ΔG). في هذه الحالة ، يفي Etravirine المحسوب بكلا المعلمين الحسابيين.

الملف التكميلي 1: rXts الأخرى التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

Discussion

تم استخدام طريقة DFT²⁶ لتحليل الخصائص الإلكترونية واستقرار مشتقات البيريميدين المختلفة ، وهذا ليس هو الحال في دراسات مماثلة. يسمح استخدام DFT بفهم أعمق للتفاعلات الجزيئية على المستوى الكمي ، مما يعزز عملية تصميم NNRTIs. في هذه الدراسة ، اخترنا ستة NNRTIs بقيم نشاط غير معروفة. استرجعنا الهياكل الجزيئية الخاصة بهم من قاعدة بيانات PubChem وأجرينا تحسينا هندسيا باستخدام Minnesota 15 Local (MN15-L) ³² الوظيفي و 6-31 ++ G (d ، p) ² الذي تم تعيينه في Gaussian 16 مراجعة C01³³ حزمة برامج ميكانيكا الكم. لإعداد ملفات إدخال المحاكاة ، استخدمنا GaussView 6.0²⁶. ثم تم ربط الهياكل الكمومية في الموقع النشط لبروتين فيروس نقص المناعة البشرية -1.

استخدمت الدراسة نهج QSAR⁵¹ ، والذي تم تصميمه للتنبؤ بالنشاط البيولوجي ل NNRTIs بناء على تركيبها الكيميائي. يتم إنشاء هذا النموذج باستخدام مجموعة بيانات مكونة من 94 مشتقا من ثنائي هيدروفورو [3،4-d] بيريميدين ، مما يتيح تحديد المجموعات الوظيفية الرئيسية التي تؤثر على النشاط المضاد للفيروسات. يعد دمج نموذج QSAR القوي تقدما حاسما ، لأنه يساعد على تصفية المركبات في وقت مبكر من عملية التصميم ، مما يعزز فعالية اكتشاف الأدوية.

تم النظر في الأنشطة المتوقعة للمركبات الجديدة ، وتم التحقق من صحة درجات الإرساء. استكشفت تقنية الإرساء الجزيئي المتقدمة تفاعلات الربط بين NNRTIs وإنزيم النسخ العكسي لفيروس نقص المناعة البشرية -1. تم استكمال ذلك بمحاكاة الديناميكيات الجزيئية على مدى فترة طويلة (200 نانوثانية) ، مما يوفر نظرة ثاقبة لاستقرار وسلوك مجمعات البروتين الدوائي في ظل الظروف الفسيولوجية. الديناميكيات الجزيئية⁵² التحقق من صحة نتائج دراسات الإرساء. من خلال محاكاة سلوك مجمعات إنزيم الأدوية بمرور الوقت ، يمكننا تقييم الاستقرار الديناميكي والتفاعلات التي قد لا يتم التقاطها في دراسات الإرساء الثابتة⁵³. يوفر هذا النهج تقييما أكثر واقعية لكيفية أداء NNRTIs في النظم البيولوجية. أظهرت عمليات المحاكاة أن Etravirine أنتج تقلبات RMSD تبلغ حوالي 4.5 Å ، في حين أن Etravirine المذكور أعطى تقلبات RMSD تبلغ 3.5 Å. كانت هناك أوجه تشابه مختلفة بين Etravirine و Etravirine المذكور ، حيث يمتلك المركب المذكور تفاعلات محسنة من الأحماض الأمينية داخل الموقع النشط للبروتين. يشير انخفاض RMSD ، وتفاعلات الأحماض الأمينية المحسنة ، وأعلى طاقة حرة ملزمة ، إلى أن Etravirine العدد يمكن أن يكون بديلا قابلا للتطبيق لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية / الإيدز.

يعد استخدام تقنيات التعداد⁵⁴ لتوليد الأيزومرات الفراغية وإجراء مسح متساوي الجانب الجدير بالملاحظة في هذا البحث. تسمح هذه الطريقة للباحثين باستكشاف مساحة كيميائية أوسع ل NNRTIs المحتملة عن طريق تعديل الهياكل الحالية بشكل منهجي ، مما قد يؤدي إلى اكتشاف مركبات ذات فعالية محسنة ومقاومة أقل.

يدمج البحث تحليل HOMO-LUMO المستمد من الحسابات الميكانيكية الكمومية لتقييم تفاعل واستقرار المركبات. غالبا ما يتم التغاضي عن هذا الجانب في دراسات مماثلة⁵⁵ ، ومع ذلك فهو يوفر رؤى قيمة حول الخصائص الإلكترونية التي يمكن أن تؤثر على النشاط البيولوجي

إن استخدام طريقة MMGBSA في هذه الدراسة لتقدير الطاقات الحرة الملزمة ل NNRTIs التي تم تعدادها كمثبطات محتملة للنسخ العكسي لفيروس نقص المناعة البشرية -1 (RT) تقدم جانبا جديدا يعزز الأهمية والتأثير المحتمل لهذا العمل على تطوير علاج فيروس نقص المناعة البشرية.

يوفر تطبيق MMGBSA في هذه الدراسة تقديرا أكثر دقة للطاقات الحرة الملزمة للإترافيرين المذكور مقارنة بنظيره. من خلال حساب قيم الطاقة الحرة الملزمة ، تقوم الدراسة بتقييم تقارب الارتباط للإترافيرين المذكور كميا ، والذي كان أعلى بكثير (9.133 كيلو كالوري / مول) من إيترافيرين القياسي. يسمح هذا المستوى من التفاصيل في حسابات الطاقة الملزمة بفهم أكثر دقة لكيفية تأثير التعديلات الهيكلية على فعالية NNRTIs ، والتي غالبا ما تفتقر إليها الدراسات المماثلة التي قد تعتمد فقط على التقييمات النوعية.

تشير القيمة_{التساهمية} ΔG المبلغ عنها البالغة 1.477 كيلو كالوري / مول إلى قوة التفاعل للمركب المعداد. النهج المقارن مبتكر لأنه لا يحدد المرشح الواعد فحسب ، بل يضعه أيضا في السياق الأوسع للعلاجات الحالية ، مما يوفر معيارا لتطوير NNRTI في المستقبل.

تشير المقارنة الموضحة في الجدول 8 أيضا إلى أن Etravirine العدد يمكن أن يكون مركبا محتملا لاستخدامه كعلاج مضاد للفيروسات القهقرية البديلة حيث أن طاقته الحرة الملزمة (_ربط ΔG) هي الأعلى مقارنة ب Etravirine و HBY56 و Etravirine ونظرائهم المعدودين.

يمكن أن تؤثر نتائج دراستنا بشكل كبير على تطوير عوامل علاجية جديدة لعدوى فيروس نقص المناعة البشرية. بالإضافة إلى ذلك ، قد يسمح هذا النهج بتحديد المرشح الواعد لمكافحة فيروس نقص المناعة البشرية. قد تمهد هذه النتائج الطريق للتصميم العقلاني لعدوى فيروس العوز المناعي البشري-1 الجديدة NNRTIs.

إن دمج MMGBSA جنبا إلى جنب مع الطرق الحسابية الأخرى (مثل الإرساء الجزيئي ، ونمذجة QSAR ، ومحاكاة الديناميكيات الجزيئية) يعزز متانة النتائج. يسمح هذا النهج المتكامل بإجراء تقييم شامل للمركبات ، من التحسين الهيكلي إلى السلوك الديناميكي في سياق بيولوجي. هذه المنهجية جديدة نسبيا في أبحاث NNRTI ، حيث تركز الدراسات غالبا على طرق معزولة دون رؤية شاملة لعملية تصميم الدواء. يسلط البحث الضوء على العديد من النتائج الواعدة والفهم المعزز للتفاعلات الجزيئية بين NNRTIs وإنزيم النسخ العكسي ، والتي يمكن أن تفيد جهود تصميم الأدوية المستقبلية.

في حين أن الدراسات الأخرى في مجال تطوير NNRTI غالبا ما تركز على الطرق الحسابية الفردية أو تحليلات الإرساء الأساسية ، يبرز هذا البحث من خلال الجمع بين الحسابات الكيميائية الكمومية والديناميكيات الجزيئية ونمذجة QSAR ، واستخدام نهج تعداد منهجي يوسع المساحة الكيميائية المحتملة ل NNRTIs ، واستخدام شامل في السيليكو إطار عمل لا يتنبأ بالتقارب الملزم فحسب ، بل يقيم أيضا استقرار وديناميكيات تفاعلات الدواء والإنزيم.

بشكل عام ، تكمن حداثة هذا البحث في نهجه متعدد الأوجه ، والاستفادة من التقنيات الحسابية المتقدمة لمواجهة تحديات مقاومة الأدوية في علاج فيروس نقص المناعة البشرية ، وبالتالي تمهيد الطريق لتطوير NNRTIs أكثر فعالية. تؤكد النتائج على إمكانية تطوير NNRTIs أكثر فعالية يمكنها التغلب على قيود العلاجات الحالية.

تتضمن بعض التطبيقات المستقبلية للنهج الموصوف في هذا البروتوكول ما يلي.

التكامل مع التعلم الآلي

يمكن للدراسات المستقبلية دمج MMGBSA مع خوارزميات التعلم الآلي لتحسين القوة التنبؤية لتقديرات الطاقة الحرة الملزمة. من خلال تدريب النماذج على مجموعات البيانات الكبيرة ، يمكن للباحثين تعزيز دقة وموثوقية التنبؤات ، مما يتيح تحديد أفضل لمرشحي NNRTI الواعدين.

التطبيق في تصميم الأدوية القائمة على الشظايا

يمكن استخدام MMGBSA بشكل فعال في تصميم الأدوية القائمة على الشظايا ، حيث يتم تحسين الشظايا الجزيئية الصغيرة لتحسين تقارب الربط. يمكن أن يؤدي هذا النهج إلى تحديد NNRTIs الجديدة ذات الفاعلية والانتقائية المعززة ضد فيروس العوز المناعي البشري-1.

استكشاف آليات مقاومة الأدوية

يمكن تطبيق هذه التقنية لدراسة التفاعلات الملزمة ل NNRTIs مع السلالات الطافرة من فيروس نقص المناعة البشرية -1. من خلال مقارنة الطاقات الحرة الملزمة ل NNRTIs مع كل من المتغيرات البرية والمقاومة ، يمكن للباحثين اكتساب نظرة ثاقبة حول آليات مقاومة الأدوية وإبلاغ تصميم مثبطات الجيل التالي.

تقييم خصائص الحرائك الدوائية

يمكن أيضا استخدام MMGBSA لتقييم خصائص الحرائك الدوائية ل NNRTIs ، مثل الذوبان والنفاذية. من خلال فهم كيفية ارتباط هذه الخصائص بالتقارب الملزم ، يمكن للباحثين تحسين الأدوية المرشحة للحصول على ملامح علاجية أفضل.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
GaussView	GaussView		V6.1.1
KNIME	KNIME		V4.7.1
شرودنجر مايسترو V13.6	شرودنجر INC.		سنة إصدار الترخيص 2023-2