2025年6月20日
计算方法有望加快药物发现,但它们经常忽视蛋白质结构的动态性质。在这里,我们讨论了基于集合的对接分析,以间接结合蛋白质的灵活性,从而有可能提高药物发现工作的准确性和可靠性。
我们的研究重点是应用计算技术来设计更有效的药物,旨在加速药物发现并最终改善治疗结果和患者的生活质量。
当前的计算机辅助药物设计往往忽视了靶蛋白的灵活性。所讨论的协议通过结合源自分子动力学模拟的多种蛋白质构象来解决这一差距。基于集成的药物设计通过考虑蛋白质的灵活性来提高准确性。我们的目标是整合人工智能,以便在未来实现更快、个性化和更有效的药物发现。
[主持人]首先,在计算机系统上启动 Avogadro 软件。对于聚类分析,请键入屏幕上给出的命令。出现提示时,为蛋白质组键入 1 以计算最小二乘拟合和均方根偏差 (RMSD)。然后再次键入 1 进行系统输出。打开 cluster-size.xvg 文件。如果聚类数较少,则增加 RMSD 截止值。或者,如果数字很高,请减少截止值。根据需要使用不同的 RMSD 截止值,使用屏幕上显示的命令执行宽限分析。现在打开 Chimera 软件并搜索 cluster.pdb。点击 礼物 和 出版物 1,剪影,圆形丝带。用于视觉表示。依次单击“选择”、“链”、“无 ID”,然后单击 cluster.pdb、#10,然后选择并反转所选模型。转到作(Actions),然后按 原子/键(Atoms/Bonds) 并单击 删除(Delete) 以隔离链。现在选择文件。单击“保存 PDB”。将文件命名为 cluster1.pdb,然后按 Save 保存文件。对于基于集成的对接,启动自动对接工具软件将其打开。将文件 cluster1.pdb 和 ligand.pdb 放入新文件夹中。现在单击文件、首选项和设置。在弹出窗口中,将文件夹地址粘贴到启动目录字段中,然后单击设置。单击蓝色文件夹图标,选择 cluster1.pdb,然后单击打开。转到编辑,然后按电荷,添加科尔曼电荷,然后单击确定。单击网格、大分子、选择。在“选择大分子”框中选择簇 1,然后按“选择分子”。单击“确定”以生成修改后的 AutoDock4 大分子文件。将其另存为 cluster1.pdbqt。接下来,通过单击“编辑”清空工作区,然后按 Delete,并在单击“继续”之前删除所有分子,然后按“配体”、“输入”、“打开”。当出现 Autodock4 文件夹的 Ligand 文件时,选择 ligand.pdb 并单击打开,然后单击确定。现在选择配体、扭转树和检测根来定义配体的扭转柔韧性。转到配体、输出、另存为 PDBQT,并将 Formatted Autotors Molecules 文件夹另存为 ligand.pdbqt。清空工作区后,单击“网格”、“大分子”和“打开 cluster1.pdbqt 文件,然后按”是“和”确定“。再次导航到”网格“,然后按”设置映射类型“,然后选择”打开配体“。选择并打开 ligand.pdbqt。现在导航到 网格框 下的选项。在“栅格选项”框中,将 X、Y 和 Z 尺寸中的点数设置为 120,间距设置为 0.375 埃。将中心设置保留为默认值。然后单击“文件”并关闭“保存当前”。转到网格,输出,然后按保存 GPF。当出现“栅格参数输出”文件时,输入 grid.gpf 作为文件名,然后单击“保存”。接下来,单击“运行”并“运行自动网格”。在参数文件名选项卡中,单击浏览。打开 grid.gpf 文件。现在浏览程序路径名。搜索autogrid4.exe,然后单击打开并启动。依次单击“对接”,然后单击“大分子”和“设置刚性文件名”。当出现 PDBQT 大分子文件时,选择 cluster1.pdbqt 并单击打开。从对接菜单中选择配体。当出现“选择配体”框时,选择“配体”并单击“选择配体”,然后按“接受”。现在从对接导航到遗传算法。当出现“遗传算法参数”框时,将“GA 运行”设置为 100,然后单击“接受”。单击 Docking、Output、Lamarckian GA 4.2。当出现 Autodock4.2 GALS 停靠参数输出文件时,将其命名为 docking.dpf,然后单击保存。现在按运行并运行 Autodoc。将出现一个运行 Autodoc 框。在“参数文件名”(Parameter File Name) 中,单击“浏览”(Browse)。当出现 autodock4 参数文件时,选择 docking.dpf 并单击打开。在“程序路径名”中,单击“浏览”。将出现一个 autodock4 文件。搜索autodock4.exe并单击“打开”,然后单击“启动”。如前所述删除所有分子,然后对所有簇文件重复该过程。获得了分子动力学模拟前黄萤卡瓦因B和溶菌酶在初始状态下的化学结构和三维结构表示。 模拟过程中蛋白质结构的总能量稳定,均方根偏差在20纳秒后稳定。均方根波动显示,残基40-50、60-80和100到末尾之间的区域具有很高的柔韧性。基于均方根偏差的10,001个轨迹系聚类共得到15个结构聚类,最大聚类包含5,818个成员。所有簇的叠加构象显示出轨迹之间可见的结构变化。黄苇卡瓦因B与前4簇代表性结构的分子对接显示出所有构象在同一位点的一致结合,其中簇2的结合能最低,为-29.37 kJ/mol。静电表面映射证实了所有簇构象中相同的结合位点,黄素 B 嵌套在同一口袋区域。详细的相互作用分析表明,黄苴卡因 B 的结合被周围的几种残基稳定,包括丙氨酸 31、谷氨酰胺 35、亮氨酸 56、γ-羧基谷氨酸 57、异亮氨酸 58、丙氨酸 95、异亮氨酸 98、色氨酸 108、缬氨酸 109、丙氨酸 110、色氨酸 111 和精氨酸 114。
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本研究着重于通过计算技术推进药物发现,特别是通过集成基于集合的对接分析来纳入蛋白质的灵活性。该方法在提高药物设计的准确性和有效性方面显示出潜力,这对改善治疗结果至关重要。
Incorporating target protein flexibility and dynamics into computational drug discovery addresses a critical gap in predictive accuracy for ligand binding. Ensemble-based docking analysis enables more reliable identification of promising compounds by capturing a broader range of biologically relevant conformations. This approach enhances decision-making at key inflection points in the discovery pipeline, supporting risk-adjusted portfolio advancement.
Ensemble-based docking integrates into the discovery continuum from early target validation through lead identification and preclinical assessment.