Wykorzystanie elastyczności i dynamiki struktury białka docelowego w obliczeniowym odkrywaniu leków przy użyciu analizy dokowania opartej na zespołach

Nasze badania koncentrują się na zastosowaniu technik obliczeniowych do projektowania skuteczniejszych leków, mając na celu przyspieszenie odkrywania leków i ostatecznie poprawę wyników leczenia i jakości życia pacjentów.

Obecne wspomagane komputerowo projektowanie leków często pomija elastyczność białka docelowego. Omawiany protokół wypełnia tę lukę poprzez uwzględnienie konformacji wielu białek pochodzących z symulacji dynamiki molekularnej. Projektowanie leków w oparciu o zespoły leków zwiększa dokładność, biorąc pod uwagę elastyczność białek. Naszym celem jest zintegrowanie sztucznej inteligencji w celu szybszego, spersonalizowanego i skuteczniejszego odkrywania leków w przyszłości.

[Prezenter] Aby rozpocząć, uruchom oprogramowanie Avogadro w systemie komputerowym. W przypadku analizy skupień wpisz polecenie wyświetlane na ekranie. Po wyświetleniu monitu wpisz 1 dla grupy białkowej, aby obliczyć dopasowanie metodą najmniejszych kwadratów i odchylenie średniokwadratowe lub RMSD. Następnie ponownie wpisz 1 dla wyjścia systemu. Otwórz plik cluster-size.xvg. Jeśli liczba klastrów jest mała, zwiększ wartość odcięcia RMSD. Alternatywnie, jeśli liczba jest wysoka, zmniejsz wartość odcięcia. Wykonaj analizę prolongaty za pomocą poleceń wyświetlanych na ekranie, używając różnych wartości odcięcia RMSD w razie potrzeby. Teraz otwórz oprogramowanie Chimera i wyszukaj cluster.pdb. Kliknij Prezenty i publikacja 1, sylwetka, zaokrąglona wstążka. do reprezentacji wizualnej. Kolejno kliknij pozycję Wybierz, Łańcuch, Brak identyfikatora, a następnie cluster.pdb, #10, a następnie wybierz i odwróć wybrane modele. Przejdź do Akcji, a następnie naciśnij Atomy/Wiązania i kliknij Usuń, aby odizolować łańcuch. Teraz wybierz Plik. Kliknij Zapisz PDB. Nazwij plik cluster1.pdb i naciśnij przycisk Zapisz, aby zapisać plik. W przypadku dokowania opartego na zespole uruchom oprogramowanie narzędzia Autodock, aby je otworzyć. Umieść pliki cluster1.pdb i ligand.pdb w nowym folderze. Teraz kliknij Plik, Preferencje i Ustaw. W wyskakującym okienku wklej adres folderu w polu katalogu startowego i kliknij Ustaw. Kliknij niebieską ikonę folderu, wybierz plik cluster1.pdb i kliknij przycisk Otwórz. Przejdź do Edycja, a następnie naciśnij Opłaty, Dodaj ładunki Kollmana i kliknij OK. Kliknij Siatka, Makrocząsteczki, Wybierz. Wybierz klaster 1 w polu Wybierz makrocząsteczki, a następnie naciśnij przycisk Wybierz cząsteczki. Kliknij przycisk OK, aby wygenerować zmodyfikowany plik makromolekuły AutoDock4. Zapisz go jako cluster1.pdbqt. Następnie opróżnij obszar roboczy, klikając Edytuj, a następnie naciśnij Delete i usuń wszystkie cząsteczki przed kliknięciem Kontynuuj, a następnie naciśnij Ligand, Wejście, Otwórz. Gdy pojawi się plik Ligand dla folderu Autodock4, wybierz plik ligand.pdb i kliknij przycisk Otwórz, a następnie kliknij przycisk OK. Teraz wybierz Ligand, Drzewo skręcające i Wykryj pierwiastek, aby zdefiniować elastyczność skręcania liganda. Przejdź do Ligand, Output, Zapisz jako PDBQT i zapisz folder Formatted Autotors Molecules jako ligand.pdbqt. Po opróżnieniu obszaru roboczego otwórz plik cluster1.pdbqt, klikając Siatka, Makrocząsteczki i Otwórz, a następnie naciśnij Tak i OK. Ponownie przejdź do Siatki, naciśnij przycisk Ustaw typy mapy, a następnie wybierz pozycję Otwórz ligand. Wybierz i otwórz plik ligand.pdbqt. Teraz przejdź do opcji Pole siatki w obszarze Siatka. W polu Opcje siatki ustaw liczbę punktów w wymiarach X, Y i Z na 120, a odstępy na 0,375 angstrema. Pozostaw środkowe ustawienia jako domyślne. Następnie kliknij Plik i zamknij Zapisywanie bieżącego. Przejdź do Grid, Output (Wyjście) i naciśnij Save GPF. Gdy pojawi się plik wyjściowy parametrów siatki, wprowadź grid.gpf jako nazwę pliku i kliknij przycisk Zapisz. Następnie kliknij Uruchom i uruchom AutoGrid. Na karcie Nazwa pliku parametrów kliknij przycisk Przeglądaj. Otwórz plik grid.gpf. Teraz przejrzyj ścieżkę programu. Wyszukaj autogrid4.exe i kliknij Otwórz i uruchom. Kolejno kliknij Dokowanie, a następnie Makrocząsteczki i Ustaw sztywne nazwy plików. Gdy pojawi się plik makromolekuł PDBQT, wybierz cluster1.pdbqt i kliknij przycisk Otwórz. Wybierz ligand z menu Dokowanie. Gdy pojawi się pole Wybierz ligandy, wybierz Ligand i kliknij Wybierz ligand, a następnie naciśnij Akceptuj. Teraz przejdź do Algorytm genetyczny z dokowania. Gdy pojawi się pole Parametry algorytmu genetycznego, ustaw wartość GA Runs na 100 i kliknij przycisk Akceptuj. Kliknij Dokowanie, Wyjście, Lamarckian GA 4.2. Gdy pojawi się plik wyjściowy parametrów dokowania Autodock4.2 GALS, nazwij go docking.dpf i kliknij przycisk Save (Zapisz). Teraz naciśnij Uruchom i Uruchom Autodoc. Pojawi się okno Uruchom Autodoc. W polu Nazwa pliku parametrów kliknij przycisk Przeglądaj. Gdy pojawi się plik parametrów autodock4, wybierz docking.dpf i kliknij Otwórz. W polu Nazwa ścieżki programu kliknij przycisk Przeglądaj. Pojawi się plik autodock4. Wyszukaj autodock4.exe i kliknij Otwórz, a następnie Uruchom. Usuń wszystkie cząsteczki, jak pokazano wcześniej, i powtórz proces dla wszystkich plików klastrów. Struktura chemiczna i reprezentacja strukturalna 3D flawokawy B i lizozymu w stanie początkowym przed uzyskaniem symulacji dynamiki molekularnej. Całkowita energia struktury białka była stabilna podczas symulacji, a odchylenie średniej kwadratowej ustabilizowało się po 20 nanosekundach. Fluktuacja średniej kwadratowej wykazała wysoką elastyczność w obszarach między resztami od 40 do 50, od 60 do 80 i od 100 do końca. W sumie 15 klastrów strukturalnych uzyskano z grupowania opartego na odchyleniu od średniej kwadratowej 10 001 ramek trajektorii, z których największy zawierał 5 818 elementów. Nałożone na siebie konformacje wszystkich gromad wykazały widoczne różnice strukturalne między trajektoriami. Molekularne dokowanie flawokawy B z reprezentatywnymi strukturami czterech górnych klastrów wykazało spójne wiązanie w tym samym miejscu we wszystkich konformacjach, przy czym klaster 2 wykazał najniższą energię wiązania wynoszącą -29,37 kJ/mol. Elektrostatyczne mapowanie powierzchni potwierdziło identyczne miejsca wiązania we wszystkich konformacjach klastrów z flawokawiną B zagnieżdżoną w tym samym regionie kieszeni. Szczegółowa analiza interakcji wykazała, że wiązanie flawokawy B było stabilizowane przez kilka otaczających reszt, w tym alaninę 31, glutaminę 35, leucynę 56, kwas gamma-karboksyglutaminowy 57, izoleucynę 58, alaninę 95, izoleucynę 98, tryptofan 108, walinę 109, alaninę 110, tryptofan 111 i argininę 114.