יחסי מבנה-פעילות כמותיים, חיזוי פעילות ודינמיקה מולקולרית של מעכבי טרנסקריפטאז הפוך שאינם נוקלאוטידים

המחקר מתמקד בתכנון תרופות בעזרת מחשב כדי לפתח תרופות חדשניות חדשות או לייעד מחדש את התרופות הקיימות כיום למחלות הקשורות לאפריקה. אוקיי, אז בתחום שלנו כרגע, יש לנו הרבה יישומי למידת מכונה שאנשים מפתחים, וזה משהו שאנחנו רוצים לשלב גם בתוך הקבוצה שלנו כדי לתכנן את תרופות הבטא. כיום אנו עושים שימוש במה שמכונה מחשוב בעל ביצועים גבוהים, וזה בעצם מה שמאיץ את המחקר שלנו על ידי שימוש בטכנולוגיית CPU ו-GPU על מנת להשיג תוצאות מהר יותר כאשר אנו מתנסים בשימושים.

כרגע, חישוביות היא עדיין תחום חדש מאוד במחקר ולעתים קרובות התלמידים לא מתמודדים עם מה שצריך לעשות, אז לוקח להם קצת יותר זמן להעלות אותם למשמעת. לאחרונה יש לנו חבורה של מוצרים טבעיים, שהצלחנו לבודד שהם בולטים באפריקה והם משמשים כעת לטיפול ב-SARS-CoV-2, שאליו אנו מסתכלים. כדי להתחיל, עבור לסמל החלון במסך הצג ולחץ עליו.

בחר את כל האפליקציות וגלול מטה כדי לאתר את תיקיית Schrodinger. פתח את התיקיה ולחץ על סמל מאסטרו. בחר פתח כדי להפעיל את התוכנה.

כדי לאחזר את מבנה החלבון, לחץ על לשונית הקובץ ובחר קבל PDB מהתפריט הקופץ. הזן את קוד ה-PDB הנבחר בתיבת הטקסט ולחץ על כפתור ההורדה. קובץ ה- PDB שנבחר יופיע בחלון הפרוייקט.

לחלופין, הורד את החלבון ממאגר הנתונים של החלבון על ידי הזנת מזהה PDB בתיבת החיפוש ולחיצה על הורד. ב-Maestro, נווט אל הכרטיסייה File ובחר Import Structures. בממשק הייבוא, אתר את קובץ ה-PDB שהורדת ולחץ על ייבוא.

כעת, בחר את מבנה החלבון ולחץ עליו באמצעות לחצן העכבר הימני. בחר את החלבון המוכן, לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על כפתור העכבר, בחר באפשרות פיצול ופצל לליגנדים, מים ואחרים. פתח את מסד הנתונים של PubChem והקלד את שם התרכובת בשורת החיפוש כדי להוריד את התרכובת הכימית.

בדקו את המבנים הזמינים, לחצו על 'הורד' ובחרו 3D-Conformer לשמירת קואורדינטות המבנה כקובץ נתונים מובנים, או SDF. לחץ על הכרטיסייה קובץ ב-Schrodinger ובחר ייבוא מבנים. נווט למיקום שבו ה-SDF נשמר וטען את המתחם.

לחץ על משימה בשרדינגר, הקלד LigPrep בשורת החיפוש ובחר אותה. לחץ על Use Structures From כדי לבחור קבצים מסביבת העבודה או מטבלת הפרוייקט. בחר את האפשרויות המועדפות בחלון LigPrep ולחץ על הפעל כדי לשלוח את העבודה להכנת ליגנד.

דמיין את הליגנדים המוכנים בחלון התוכנה. פתח את התוכנה לאופטימיזציה גיאומטרית של המבנים. נווט אל קובץ הכרטיסייה ובחר פתח כדי לבחור את ה-SDF שהורדת מ-PubChem.

נווט אל הכרטיסיה חישוב ובחר הגדרת חישוב גאוס. בכרטיסייה סוג משימה, בחר מיטוב או מיטוב בתוספת תדירות. כעת נווט ללשונית השיטה ובחר בשיטת הכימיה הקוונטית.

בחר את Cone Sham Global Hybrid Exchange Correlation Density Functional, Basis Set, Charge ו-Spin of Choice מהתפריטים הנפתחים. עבור אל הכרטיסיה כותרת והזן שם עבור המתחם הנחקר. נווט אל הכרטיסייה קישור אפס וציין את מגבלת הזיכרון ואת המעבדים המשותפים.

בטל את סימון התיבות נתיב מלא. לחץ על לערוך כפתור בתחתית כדי לשמור את קובץ הקלט הגאוסי במיקום המועדף עם שם קובץ לבחירה כ-Gaussian Job File או GJF. נווט אל משימות ובחר יצירת רשת קולטנים כדי לזהות את האתר הפעיל של החלבון הקשור לליגנד הגביש הליבה.

לחץ על בחר כדי לזהות את הליגנד ולאחר מכן בחר את הליגנד המשותף. לחץ על הפעל כדי לשלוח את הרשת ליצירה. עבור עגינה מולקולרית, עבור אל משימות, בחר Ligand Docking ולאחר מכן בחר Ligand Docking Glide Docking.

לאחר מכן, טען את קובץ הרשת ובחר ליגנדים מסביבת העבודה באמצעות האפשרות Use Ligand From. סמן את התיבה קולטן תצוגה בחלק העליון, הוסף שם משימה מתאים ושלח את המשימה על-ידי לחיצה על הפעל. בכרטיסייה הגדרות, בחר את שיטת דיוק העגינה המועדפת.

הגדר אילוצים כגון קשרי מימן. לאחר סקירת כל ההגדרות, לחץ על הפעל כדי להתחיל בתהליך העגינה. סקור את תוצאות העגינה והשווה את ציוני העגינה לפני ואחרי אופטימיזציה של הליגנדים.

בחר זוג של החלבון המעוגן וקומפלקס הליגנד מנווט סביבת העבודה. נווט אל משימות, עבור אל Ligand Designer ולחץ על נתח סביבת עבודה בחלון Ligand Designer. כדי ליצור ולהעריך ליגנדים חדשים, בחר סריקת איזוסטר מרשימת זרימת העבודה, מה שמרמז על שיטת הגידול המרחיבה את הליגנד על ידי הוספת שברים למבנים מולקולריים קיימים.

נתח את תוצאות העגינה של התרכובות שנמנו וזהה תרכובת בעלת ערך שלילי יותר מהתרכובת המתגבשת במינוס 9.242. לאחר מכן, לחץ על כפתור המשימה ובחר Desmond System Builder. בלוח בונה מערכות, בחר את הכרטיסיה פתרון.

בחר את מודל הממס המוגדר מראש המתאים לקומפלקס ליגנד החלבון. לאחר מכן בחר את צורת התיבה ואת שיטת חישוב גודל התיבה. לאחר מכן, בחר בכרטיסייה יונים ולחץ על חשב מחדש כדי לנטרל את המערכת על ידי הוספת יונים נגדיים והגדרת ריכוז הפתרון הרצוי.

לאחר הכנת המערכת, הצג את הפרויקט בסביבת העבודה. בחר את קומפלקס ליגנד החלבון מנווט סביבת העבודה. נווט אל משימה ובחר דינמיקה מולקולרית דזמונד.

טען את קומפלקס חלבון הליגנד מסביבת העבודה בלוח הדינמיקה המולקולרית. בחר את ציר הזמן הרצוי של הסימולציה מהכרטיסיה הדמיה. בחר NPT ככיתת האנסמבל.

תן שם למשימה כראוי בחלונית Molecular Dynamics. כתוב את העבודה ולחץ על סגור כדי לצאת מחלון הדינמיקה המולקולרית. הגש את העבודה הכתובה להכנת דינמיקה מולקולרית באמצעות מסוף מקומי.

בסיום, פתח את העבודה שהושלמה והמשך את זמן הסימולציה מציר הזמן הראשוני שנקבע ועד לזמן הסימולציה הרצוי. לדוגמה, 100 ננו-שניות או 200 ננו-שניות. פתח את קובץ המסלול והפעל את המסלול.

דמיין היכן קומפלקס ליגנד החלבון מאוזן ושים לב למספר המסגרות. הגש את העבודה באמצעות Terminal. הצג את תוכן קובץ הפלט כדי לנתח את התוצאות שנוצרו, והורד את קובץ ה- CSV.

פתח את קובץ ה-CSV ורשום לעצמך את אנרגיית הכריכה. לבסוף, השתמש במשוואה המוצגת וחשב את אנרגיית הקישור החופשית של הקומפלקס על ידי חישוב ממוצע ערכי אנרגיית הקישור שנקבעו עבור כל תמונת מצב בסימולציית MD. תרשים פיזור מציג את הפעילות הנצפית לעומת הפעילות החזויה למחלקה הראשונה של מודל QSAR.

הגרף מייצג את ההתאמה בין מחלקה ראשונה כערכת האימון לבין מעכבי טרנסקריפטאז הפוך שאינם נוקלאוטידים כערכת הבדיקה כדי לתת ערך פעילות חיזוי. ערכת האימונים התיישרה היטב עם קו הרגרסיה בעוד שלערכת המבחן היו סטיות קלות. כוחות האינטראקציות בין החלבון בליגנדים שונים חשפו קשרי מימן עם ליזין 101 בכל הליגנדים.

סימולציות דינמיות מולקולריות של החלבון החופשי התייצבו לאחר כ-60 ננו-שניות ב-RMSD של כ-3.5 אנגסטרום, מה שאישר את אמינות הפרוטוקול. נמנו אטראווירין, שהתייצב על 3.5. אנגסטרומים, הראו קשירה חזקה ויציבה יותר באתר הפעיל של HIV טרנסקריפטאז הפוך אחד בהשוואה לאטראווירין, שהתייצב על 4.5 אנגסטרום.

ציר הזמן של המגע של האטראווירין שנמנה הצביע גם על אינטראקציות חזקות ויציבות יותר לאורך זמן.