Занятие 11. Докинг низкомолекулярных лигандов в структурру белка

Главная

Семестры

Мои проекты

Контактная
информация

Заметки

Все выполненные команды в этом занятии:

obgen nag.smi > nag.mol     
# создание 3D модели лиганда NAG по SMILES   
babel -imol nag.mol -opdb nag.pdb     
# конвертирование структуры лиганда в pdb
export PATH=${PATH}:/home/preps/golovin/progs/bin    
# задание пути к скриптам 
prepare_ligand4.py -h     
# изучение функционирования скрипта prepare_ligand4
prepare_ligand4.py -l nag.pdb     
# конвертирование pdb-файла лиганда в pdbqt-формат
prepare_receptor4.py -r prot.pdb     
# конвертирование pdb-файла белка в pdbqt-формат (неподвижный белок)
vina --config vina.cfg --receptor prot.pdbqt --ligand nag.pdbqt --out nag_prot.pdbqt --log nag_prot.log     
# докинг с неподвижной структурой белка
python /usr/share/pyshared/AutoDockTools/Utilities24/prepare_flexreceptor4.py -r prot.pdbqt -s GLU189_ASN196_ARG135_ILE200     
# задание подвижных остатков GLU189_ASN196_ARG135_ILE200 в белке
vina --config vina.cfg --receptor prot_rigid.pdbqt --flex prot_flex.pdbqt --ligand nag.pdbqt --out nag_prot_flex.pdbqt --log nag_prot_flex.log     
# докинг с подвижными остатками белка
bash scr     
# запуск скрипта для докинга с модифицированным лигандом

Использованные и полученные файлы:
Для проведения докинга была выбрана 5 структура, полученная в прошлом моделировании: seq5.pdb . Из нее была предварительно удалена молекула лиганда. Стоит также отметить, что в структуре были удалены N- и С- концевые участки, моделирование которых не было осуществлено из-за отсутствия данных в выравнивании.
Получена SMILES для сахарида NAG: nag.smi
Получена pdb-структура лиганда NAG: nag.pdb
Проведено конвертирование лиганда и белка в pdbqt-формат: nag.pdbqt , prot.pdbqt
Проведено фиксирование структуры белка с аминокислотами GLU189, ASN196, ARG135, ILE200 - им позволено быть подвижными: prot_rigid.pdbqt , prot_flex.pdbqt. Эти а.о. были выбраны, так как они использовались в качестве направляющих при моделировании структуры белка и имеют водородные связи с NAG в моделированном белке.
В структуре белка создан псевдоатом (pseudoatom в PyMol) для определения центра масс белка. Его координаты записаны в файл vina.cfg , для указания места поиска сайта для лиганда.

Проведен докинг для неподвижной структуры. Файл с информацией : nag_prot.log . Файлы с полученными моделями: nag_prot.pdbqt , prot.pdbqt
Проведен докинг для подвижной структуры. Файл с информацией : nag_prot_flex.log . Файлы с полученными моделями: nag_prot_flex.pdbqt , prot_rigid.pdbqt , prot_flex.pdbqt

Проведено изменение структур лиганда - добавление заместителей вместо СН3: OH, NH3, H, Ph. Файлы соответственно: oh.smi , n.smi , h.smi , ph.smi
Написан скрипт для осуществления докинга всех этих соединений в структуру белка (неподижную и с подвижными а.к.(те же, что и выше)): scr . Получены результаты докинга этих лигандов.
Файлы с информацией:
для заместителя H: h_prot.log - неподвижный белок, h_prot_flex.log - с подвижными остатками
для заместителя OH: oh_prot.log - неподвижный белок, oh_prot_flex.log - с подвижными остатками
для заместителя NH3: n_prot.log - неподвижный белок, n_prot_flex.log - с подвижными остатками
для заместителя Ph: ph_prot.log - неподвижный белок, ph_prot_flex.log - с подвижными остатками

Файлы с моделями:
для заместителя H: h_prot.pdbqt , prot.pdbqt - неподвижный белок, h_prot_flex.pdbqt , prot_rigid.pdbqt , prot_flex.pdbqt - с подвижными остатками
для заместителя OH: oh_prot.pdbqt , prot.pdbqt - неподвижный белок, oh_prot_flex.pdbqt , prot_rigid.pdbqt , prot_flex.pdbqt - с подвижными остатками
для заместителя NH3: n_prot.pdbqt , prot.pdbqt - неподвижный белок, n_prot_flex.pdbqt , prot_rigid.pdbqt , prot_flex.pdbqt - с подвижными остатками
для заместителя Ph: ph_prot.pdbqt , prot.pdbqt - неподвижный белок, ph_prot_flex.pdbqt , prot_rigid.pdbqt , prot_flex.pdbqt - с подвижными остатками

Результаты и обсуждение

1. При обычном докинге получились структуры с лучшей энергией следующие:

 
   affinity =  -5.4 (kcal/mol)
  
dist from best mode:  0.000 rmsd l.b.; 
                                     0.000 rmsd u.b.

affinity =  -5.2 (kcal/mol)
  
dist from best mode:   7.416 rmsd l.b.; 
                                     10.191 rmsd u.b.

affinity =   -5.2 (kcal/mol)
  
dist from best mode:  1.390 rmsd l.b.; 
                                     2.841 rmsd u.b.

Лиганд (красный и желтый (в 1 и 2 колонке соответственно)) во всех 3 лучших моделях попадает в нужный карман.
Это подтверждается наложением структуры с лигандом, смоделированной ранее (зеленый во 2 столбике).
Однако, 2 модель менее точно отражает истинное положение лиганда - он почти на поверхности белка, а не в кармане.

Структура со всеми состояниями, красные - полученные мной модели лиганда, синий - положение лиганда из предыдущего занятия.:

Видно, что в большей части моделей лиганд попал в свой карман. Из-за того, что мы использовали моносахарид,а не трисахарид, положение лиганда внутри кармана не совпадает со структурой, полученной ранее.
Также интересна группа моделей, в которой лиганд залез внутрь белка. Ну и есть модель, где лиганд просто лежит на поверхности.

2. При докинге с подвижными остатками структуры с лучшей энергией следующие:
(зеленые а.к. - исходное положение; синие а.к. - смоделированное положение;
серый лиганд - лиганд в структуре, полученной на прошлом занятии; красный лиганд - смоделированное положение)

 
   affinity =  -6.0 (kcal/mol)
  
dist from best mode:  0.000 rmsd l.b.; 
                                     0.000 rmsd u.b.

affinity =  -5.5 (kcal/mol)
  
dist from best mode:   8.621 rmsd l.b.; 
                                     11.238 rmsd u.b.

affinity =   -5.3 (kcal/mol)
  
dist from best mode:  9.130 rmsd l.b.; 
                                     11.762 rmsd u.b.

Только в первой структуре лиганд попал в нужное место. При этом у всех структур энергия выше, чем при обычном моделировании.
Моделирование с подвижным белком более точно отраажает модель взаимодействия рука-перчатка.

Структура со всеми состояниями: (цвета те же)

Видно, что есть лиганды с нужным положением. Наиболее изменяющий свое полоение остаток - аргинин.
Так случилось, потому что в исходной структуре аргинин взаимодействовал с NDG-частью трисахарида.
Здесь же, он делает карман для моносахарида меньше, перекрывая его поперек, что, по-видимому, позволяет лиганду лучше удерживаться в кармане.
Возможно, поэтому энергия для 1 случая меньше, чем при обычном моделировании с неподвижным белком.

3. При докинге с измененными заместителями лиганда структуры с лучшей энергией следующие:
(красный - 1 модель, синий - 2 модель, зеленый - 3 модель, соответствующие значениям энергии)

	-OH	-NH3	-H	-Ph
Энергии 3 лучших структур (неподвижный белок)	1. -5.3 2. -5.3 3. -5.2	1. -5.5 2. -5.3 3. -5.2	1. -5.7 2. -5.1 3. -5.0	1. -6.7 2. -6.6 3. -6.5
Расположение 3 лучших структур (неподвижный белок)
Все положения лиганда (неподвижный белок)
Энергии 3 лучших структур (подвижный белок)	1. -6.0 2. -5.5 3. -5.5	1. -6.2 2. -5.8 3. -5.7	1. -5.7 2. -5.4 3. -4.9	1. -6.5 2. -6.5 3. -6.1
Расположение 3 лучших структур (подвижный белок)
Все положения лиганда (подвижный белок)

При неподвижном докинге:
Самые хорощие результаты получаются для NH3 и Ph-заместителей: все 3 лучшие структуры попадают в карман.
При этом лиганд с фениловым заместителем имеет наилучшую среди всех заместителей энергию.
Возможно, так получается из-за его кольца, значительно увеличивающего размер лиганда, в результате чего он более похож по размеру на исходный трисахарид.

При подвижном докинге:
Для -ОН: докинг с подвижным белком привел к лучшим резульататам: теперь 2 лучшие структуры лежат в кармане.
Положение аргинина не меняется в 3 лучших структурах и практически ен меняется во всех структурах.
Это еще раз подтверждает, что аргинин непосредственно не участвует в связывании моносахарида NAG.
Для -NH3: Аргинин снова практически не меняется во всех моделях.
При этом, как и при неподвижном докинге, все 3 лучшие модели содержат лиганд в нужном кармане.
Стоит заметить, однако, что теперь лиганд в них располагается практически одинаково.
Для H: использование подвижной структуры белка улучшило результат докинга. В трех лучших структурах наблюдени япро аргинин те же, энергия улучшается.
Для Ph: а вот лиганд с фенилом повел себя при подвижном докинге хуже. Получился большой разброс в положении лиганда.
Стоит отметить, что только одна модель из 3 лучших имеет правильное расположение.

Как Вы, наверное, уже догадались, этот практикум мне понравился больше всего.