Conception et développement guidés par la structure de nouveaux inhibiteurs de la cyclophiline A et dérivés du ganoderiol-F : une approche in-silico
23 juin 2026
Nous présentons ici un protocole pour la conception guidée par la structure de l’interaction de liaison protéine-ligand entre la sanglifehrine A et la cyclophiline A/Ganoderiol-F, essentielle à la découverte de nouveaux médicaments. La stabilité du complexe ligand-récepteur a été évaluée à l’aide de simulations de dynamique moléculaire.
Cette recherche porte sur la conception de nouveaux inhibiteurs de la cyclophiline A et d’antiprolifératifs gan-it-role pour cibler l’axe DCDK de la cyclophiline et inhiber la prolifération du cancer cellulaire. Les principaux défis incluent l’obtention d’une interaction géométrique optimale ligand-récepteur et le maintien d’un complexe ligand-protéine stable sous des conditions expérimentales et physiologiques dynamiques. Pour commencer, ouvrez le fichier 1NMK.
Localiser l’acide aminé arginine à la position numéro 55, et enregistrer les coordonnées X, Y et Z dans l’interface AutoDock. Ouvre le menu Fichier, sélectionne Lire les molécules. Choisissez le fichier 1NMK » et cliquez sur Ouvrir.
Ajoutez des atomes d’hydrogène en sélectionnant Modifier, en choisissant Hydrogène et en cliquant sur Ajouter. Ensuite, choisissez « Polar Only » et confirmez avec OK. Ensuite, allez à nouveau dans le menu « Modifier », choisissez Atomes, et sélectionnez Assigner un type d’atome AD4. Ensuite, choisissez « Charges » et sélectionnez « Charges de Kollman ».
Conservez le récepteur préparé en 1NMK. pdbqt » en sélectionnant Fichier, choisissant Sauvegarder, définissant le type de fichier et confirmant l’emplacement de la sauvegarde. Ensuite, ouvrez le menu Ligand, sélectionnez Entrée.
Cliquez sur Ouvrir, choisissez le fichier PDB, puis cliquez sur « Ouvrir » à nouveau. Lorsque la fenêtre d’information apparaît, examinez les détails des ligands. Pour détecter la racine du ligand, sélectionnez Ligand, puis choisissez « Arbre de torsion » et cliquez sur Détecter la racine.
Sauvegardez le ligand en sélectionnant Ligand, en choisissant Sortie, puis en cliquant sur Enregistrer en PDBQT. Préparez la grille réceptrice en sélectionnant Grille, en choisissant Macromolécule, en sélectionnant 1NMK, puis en cliquant sur Molécule. Confirmez l’avertissement et enregistrez sous 1NMK.pdbqt.
Pour définir les types de cartes, sélectionnez Grille, suivie de Types de cartes définis, Ligand. Choisissez « Ligand » et enfin sélectionnez « Ligand » à nouveau. Ensuite, définissez le centre de la case de la grille en sélectionnant Grille, en choisissant la Boîte de la grille, puis en cliquant sur Centre.
Ensuite, sélectionnez un atome et entrez les coordonnées de la boîte de la grille. Enregistrez le paramètre de grille sous forme de fichier GPF. Configurez l’amarrage en sélectionnant « Amarrage », puis « Macromolécule » et définissez le nom du fichier rigide.
Naviguez dans le dossier requis et cliquez sur 1NMK.pdbqt. pour l’ouvrir, sélectionnez Amarrage, choisissez Sortie, cliquez sur Lamarckian GA, et enregistrez le fichier de paramètres d’amarrage sous la forme 1NMK.dpf. Dans le terminal Cygwin", tapez cd C :et appuyez sur entrée ; Ensuite, tape CD project" et appuie à nouveau sur Entrée.
Ensuite, tapez « molécules cd » et appuyez sur entrée. Ensuite, tape CD 3" et appuie sur entrée. Tapez la commande AutoGrid" pour générer des cartes de grille et appuyez sur entrée pour exécuter AutoGrille.
Après l’exécution, taper la queue f 1NMK. glg "et appuyez sur entrée pour voir la progression du journal, tapez la commande pour la simulation d’amarrage moléculaire. Pour générer le fichier journal d’amarrage, et appuyez sur Entrée pour lancer l’AutoDock.
Ensuite, tapez la queue f 1NMK. DLG » et appuie sur Entrée pour surveiller le processus d’amarrage. Après avoir créé tous les fichiers DLG, allez dans le dossier 1 et ouvrez le fichier DLG dans WordPad, appuyez sur Ctrl+F.
Tapez le mot-clé de recherche et appuyez trois fois sur Entrée pour accéder à la table RMSD. Copiez l’énergie de liaison et les informations de course correspondantes pour chaque molécule à partir de la table RMSD, compilez les 20 principales molécules dans un tableau avec des colonnes créées pour le numéro de série, l’énergie de liaison minimale, et la course. Dans le terminal Cygwin", naviguez vers le dossier molécules spécifiques dans le répertoire du projet.
Tapez la commande pour extraire les coordonnées de ligands en dock à partir du DLG et ajustez les données. Appuyez sur Entrée une fois de plus pour finaliser, confirmant la création du fichier PDBQT"run 1NMK. Vérifiez que le fichier PDB exécuté par 1NMK est créé dans le même dossier.
Ensuite, ouvrez le logiciel PyMOL 2,5" et l’AutoDock depuis le bureau, puis ouvrez le fichier récepteur pour sélectionner la structure du récepteur à visualiser. Ouvrez le fichier de configuration des ligands correspondant pour la molécule choisie et affichez le ligand chargé dans l’espace de travail 3D. Sélectionnez « Masquer tout » dans le menu, importez le fichier dans Maestro pour visualiser la structure, puis cliquez sur « Interaction des ligands » pour obtenir le diagramme d’interaction des ligands.
Ouvrez le logiciel UCSF Chimera depuis le bureau. Sélectionnez Fichier, suivi d’Ouvrir. Naviguez pour piloter C, projeter et molécules.
Sélectionnez le fichier 1NMK. pdb » et clique sur Ouvrir. Dans le menu, sélectionnez « Résidu » et choisissez « Zoom » pour vous concentrer sur la région de résidus UNL.
Sélectionnez la zone. Ensuite, appuyez sur OK pour confirmer. Ensuite, sélectionnez Action.
Choisissez « Étiquette », puis « Résidu » et choisissez Nom Plus Spécificateur » pour étiqueter les résidus. Ouvrez les outils, sélectionnez Analyse de structure, puis cliquez sur Trouver. Dans la fenêtre par défaut « FindHBond » « paramètres, cochez les cases pour les liaisons H de couleur qui ne répondent pas à des critères précis » et ne trouvez que les liaisons H sélectionnées.
Effacer la sélection de zone pour commencer une nouvelle exploration. Ensuite, sélectionnez les paramètres de la zone et zoomez sur l’affichage moléculaire, et observez les lignes bleue et orange représentant les liaisons hydrogène. Enfin, examinez la structure visualisée et comptez le nombre total de liaisons hydrogène visibles.
La confirmation d’amarrage du complexe ligand-récepteur a été visualisée à l’aide de PyMOL 2.5, montrant 109 hydroxy six hydroxyéthyle lié dans la poche active du récepteur 1NMK. Le ligand acide 4-hydroxymandélique formait des liaisons hydrogène avec le récepteur 1NMK, en particulier avec l’arginine 55 à une distance de 1,53 angström. L’analyse structurale bidimensionnelle a illustré les acides aminés avec lesquels les ligands interagissaient par liaisons hydrogène.
Les simulations de dynamique moléculaire confirment la stabilité du complexe ligand-récepteur grâce à l’analyse du rayon de gyration sur 1000 picosecondes. Le graphique RMSD a montré une stabilisation constante du complexe après une nanoseconde de simulation, indiquant une liaison stable protéine-ligand. La densité moyenne du système était d’environ 10¹⁹ kilogrammes par mètre cube, confirmant l’équilibre en conditions NVT, et la pression du système reste stable pendant l’équilibre NPT pendant 100 picosecondes.
La température s’est stabilisée autour de 300 kelvin pendant la phase NVT, confirmant un équilibre thermique réussi. La boîte de trajectoire du complexe ligand-protéine a été visualisée après la simulation, montrant la distribution des molécules d’eau autour du complexe amarré. Peu d’études étudient l’antiprolifératif à rôle de gan-it-role comme cible thérapeutique oncogénique.
Ce protocole comble cette lacune en concevant et validant un inhibiteur à l’aide d’une analyse d’amarrage moléculaire et dynamique. Notre protocole interroge plusieurs outils de calcul dans un flux de travail unifié, garantissant une analyse complète des ligands-protéines ou récepteurs. Nos recherches futures porteront sur la validation de ces inhibiteurs in vitro et in vivo en explorant l’application en bordure des inhibiteurs de la cyclophiline A à travers plusieurs types de cellules cancéreuses.
Consultez la transcription complète et accédez à des milliers de vidéos scientifiques
Aperçu
Cette étude porte sur la conception et la validation de nouveaux inhibiteurs de la cyclophiline A ciblant l'axe cyclophiline D-CDK afin de supprimer la prolifération des cellules cancéreuses. En utilisant une approche guidée par la structure, les chercheurs ont développé 117 molécules ligands et ont évalué leurs interactions avec le récepteur enzymatique de la sanglifehrine A (1NMK) par des simulations de docking moléculaire et de dynamique moléculaire. Le flux de travail a intégré plusieurs outils informatiques pour optimiser la liaison ligand-récepteur, évaluer la stabilité et identifier les résidus clés impliqués dans les interactions, en vue du développement de médicaments anticancéreux potentiels.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Pharmacologie du cancer
- Conception informatique de médicaments
- Docking moléculaire et simulation
Contexte
- La cyclophiline A (Cyp A) est impliquée dans la progression du cancer par la régulation de la prolifération et de la survie cellulaire.
- L'axe cyclophiline D-CDK représente une cible thérapeutique prometteuse en oncologie.
- Les dérivés du ganodérol F ont montré un potentiel en tant que cibles oncogéniques dans plusieurs types de cancer.
- La prédiction précise des interactions ligand-récepteur nécessite une modélisation computationnelle robuste.
Objectif de l'étude
- Concevoir de nouveaux inhibiteurs de la cyclophiline A à l'aide de méthodes guidées par la structure.
- Évaluer l'affinité de liaison ligand-récepteur et la compatibilité géométrique par docking moléculaire.
- Confirmer la stabilité du complexe par des simulations de dynamique moléculaire.
- Identifier les résidus d'acides aminés clés impliqués dans les liaisons hydrogène avec les ligands principaux.
Méthodes utilisées
- Chemsketch pour construire 117 nouvelles molécules de ligands inhibiteurs de la cyclophiline.
- AutoDock 4.2.6 pour le dockage ligand-protéine afin de déterminer les géométries de liaison optimales.
- PyMOL 2.5 pour visualiser les poses de dockage et les interactions ligand-récepteur.
- Chimera et Maestro pour détecter et analyser les liaisons hydrogène.
- Gromacs avec le champ de force CHARMM 36 pour la simulation de dynamique moléculaire du complexe ligand-récepteur.
Résultats principaux
- L'arginine 55 dans le récepteur 1NMK a formé une liaison hydrogène avec le ligand à une distance de 1,53 Å.
- Les résidus clés impliqués dans les interactions comprenaient Asn, Gly, Thr, Lys, Ile, His, Phe et Cys.
- Le ligand a formé 45 liaisons hydrogène avec le récepteur, indiquant un potentiel de liaison élevé.
- La boîte de docking était centrée aux coordonnées X=38,86, Y=10,987, Z=40,734 dans le récepteur 1NMK.
- La simulation de dynamique moléculaire dans Gromacs a montré une stabilisation du complexe après 1 ns, avec un RMSD et un rayon de giration constants.
- Le système a maintenu un équilibre sous conditions NVT/NPT, avec une densité moyenne d'environ 1019 kg/m³ et une pression et une température stables (~300 K).
Conclusions
- Le complexe conçu entre le ligand et le récepteur démontre une stabilité suffisante pour un développement ultérieur en tant que thérapeutique anticancéreuse.
- L'arginine 55 joue un rôle critique dans la liaison du ligand au sein du site actif de la cyclophiline A.
- Le flux de travail computationnel intégré identifie avec succès des inhibiteurs prometteurs de la Cyp A.
- Les travaux futurs se concentreront sur la validation in vitro et in vivo auprès de plusieurs types de cellules cancéreuses.
Questions fréquemment posées
Pertinence professionnelle pour l'industrie
La conception computationnelle guidée par la structure permet une identification rapide d'inhibiteurs de la cyclophiline A optimisés pour leur liaison à l'axe Cyclophiline D-CDK, une cible validée en oncologie. Cette approche réduit l'abandon en phase précoce en privilégiant les ligands présentant une forte interaction cible prédite et une stabilité du complexe. Le flux de travail facilite l'identification de composés leaders en intégrant le docking, l'analyse des interactions et la dynamique moléculaire afin de réduire les risques associés aux hypothèses mécanistiques avant la synthèse.
Applications stratégiques dans la R-D biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Permet l'interrogation d'hypothèses thérapeutiques en modélisant les interactions entre ligands et la cyclophiline A à une résolution atomique.
- Valeur opérationnelle : Soutient la validation fonctionnelle de cibles grâce à la prédiction de l'affinité de liaison et de l'implication de résidus clés, tels qu'Arginine 55.
- Valeur prédictive : Renforce la confiance dans la modulation de la cible en identifiant les ligands formant plusieurs liaisons hydrogène, dont 45 observées dans le complexe leader.
Développement de tests et criblage
- Prêt pour les tests : Génère des complexes ligand-récepteur validés, adaptés au développement d'essais biochimiques ou biophysiques.
- Reproductibilité : Normalise les paramètres de docking (centre de la grille à X=38,86, Y=10,987, Z=40,734) et le classement pour un criblage virtuel reproductible.
- Extensibilité : Permet l'évaluation de grandes bibliothèques de ligands (117 molécules construites) à l'aide de flux automatisés de docking.
Recherche translationnelle et préclinique
- Pertinence pour les maladies : Met l'accent sur la cyclophiline A, impliquée dans la prolifération et la survie des cellules cancéreuses dans plusieurs types de tumeurs.
- Continuité translationnelle : Établit un lien mécanistique entre la conception in silico et les validations futures in vitro et in vivo.
- Atténuation des risques : Évalue la stabilité du complexe à l'aide du RMSD et du rayon de giration, soutenant ainsi les décisions « aller » ou « ne pas aller » avant la synthèse du composé.
Intégration du pipeline et du flux de travail
La méthode s'inscrit dans le continuum de découverte allant de la validation de la cible à l'identification de composés précurseurs, permettant un tri computationnel avant les tests en laboratoire.
- Biologie de la découverte : Teste des hypothèses thérapeutiques en modélisant la manière dont les ligands inhibent la fonction de la cyclophiline A dans l'axe D-CDK.
- Criblage : Fournit des résultats prêts à l'analyse grâce à des poses d'ancrage standardisées et à des classements d'énergie de liaison pour la priorisation des composés.
- Analyse : Propose des métriques quantitatives (énergie de liaison, nombre de liaisons hydrogène, RMSD) afin de comparer les performances des ligands et orienter leur optimisation.
- Recherche translationnelle : Relie les hits obtenus par calculs à la progression préclinique en validant la stabilité du complexe au cours d'une simulation de 1000 ps.
- Réutilisation en entreprise : Met en place un pipeline réutilisable pour cibler d'autres interactions protéine-protéine en utilisant la même intégration d'outils (Chemsketch, AutoDock, PyMOL, Gromacs).
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Réduction du risque mécanistique par la prédiction des interactions ligand-récepteur et l'identification des résidus critiques de liaison.
- Valeur opérationnelle : La standardisation des flux de travail entre les outils réduit la variabilité et permet une collaboration interéquipes.
- Valeur stratégique : Améliore les décisions de poursuite ou d'abandon en filtrant les composés selon leur stabilité prédite et leur engagement sur la cible.
- Impact sur le portefeuille : Favorise la priorisation ajustée au risque de chimiotypes présentant de bons scores de docking et une stabilité confirmée par dynamique moléculaire.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Expertise en modélisation moléculaire, logiciels de docking (AutoDock) et plates-formes de simulation (Gromacs).
- Accès à une infrastructure informatique pour la génération de grille, le docking et la simulation de dynamique moléculaire de systèmes protéine-ligand.
- Standardisation des protocoles de préparation des ligands, d'attribution des charges (Kollman) et d'enregistrement des paramètres de grille.
- Considérations d'adaptation pour différents systèmes récepteurs autres que 1NMK, incluant le recentrage de la boîte de grille et l'analyse spécifique aux résidus.
- Les limites incluent la dépendance à la précision du champ de force (CHARMM 36) et aux échelles de temps de simulation pour capturer des événements de liaison rares.
