Все файлы по данному практикуму находяться в папке Practice10.
Цель данного занятия ознакомится с возможностями докинга низкомолекулярного лиганда в структуру белка.
В этом занятии мы будем пользоваться пакетом Autodock Vina и Autodock tools. Это программное обеспечение распространяется бесплатно для академических пользователей.
Мы будем работать с белком лизоцимом, структура которого была построена на основе гомологичного моделирования на прошлом практикуме.
Программе Autodock Vina для докинга необходимы специально форматированные файлы pdb c зарядами и указанием торсионных углов. Для начала попробуем провести докинг одного из мономеров сахара (NAG) из прошлого занятия.
В банке pdb находим SMILES нотацию для NAG (Это удобно сделать на странице структуры 1lmp). Сохраняем эту нотацию в файл nag.smi.
C помощью obgen строим 3D структуру этого сахара в pdb формате:
obgen nag.smi > nag.mol babel -imol nag.mol -opdb nag.pdb
Скриптом prepare_ligand4.py из пакета Autodock tools создаем nag.pdbqt файл лиганда.
export PATH=${PATH}:/home/preps/golovin/progs/bin prepare_ligand4.py -l nag.pdb
Так же, скриптом prepare_receptor4.py из пакета Autodock tools создаем prot.pdbqt файл белка.
prepare_receptor4.py -r seq.B99990001.pdb -o prot.pdbqt
Итак у нас есть входные файлы. Теперь надо создать файл с параметрами докинга vina.cfg. Для докинга необходимо указать область структуры белка в которой будет происходить поиск места для связывания. Удобно его задать как куб с неким центором. Координаты центра мы определяем из модели комплекса, которую мы построили на прошлом занятии (Выбираем атом сахара, который, по нашему мнению, находится в центре сайта связывания и из текста pdb файла извлекаем его координаты.
Строим файл vina.cfg с примерно таким содержанием:center_x=40.0 center_y=42.0 center_z=26.5 size_x = 25 size_y = 25 size_z = 25 num_modes = 20 Был выбран атом HETATM 1301 C8B NAG B 168 40.205 40.061 25.041 1.00231.75 C Соответственно, были изменены координаты центра куба: center_x=40.205 center_y=40.061 center_z=25.041
Теперь можно провести первый докинг:
vina --config vina.cfg --receptor prot.pdbqt --ligand nag.pdbqt --out nag_prot.pdbqt --log nag_prot.log
- энергии 3х лучших расположений и геометрическая разница между ними:
mode | affinity | dist from | (kcal/mol) | rmsd l.b.| -----+------------+----------+ 1 -4.9 0.000 2 -4.9 2.263 3 -4.6 4.187
На рисунке изображены все состояния лиганда Теперь проведём докинг рассматривая подвижность некоторых боковых радикалов белка. Сначала разобьем белок на две части, подвижную и неподвижную. Для подвижной части выберем 3 аминокислоты которые мы использовали в прошлом задании для позиционирования лиганда.
python /usr/share/pyshared/AutoDockTools/Utilities24/prepare_flexreceptor4.py -r prot.pdbqt -s CYS54_ALA103_TYR105
и проведём докинг:vina --config vina.cfg --receptor prot_rigid.pdbqt --flex prot_flex.pdbqt --ligand nag.pdbqt --out vina_prot_flex.pdbqt --log vina_prot_flex.log
На рисунке изображены все состояния лиганда
энергии 3ёх лучших расположений и геометрическая разница между ними:mode | affinity | dist from | (kcal/mol) | rmsd l.b.| -----+------------+----------+ 1 -5.1 0.000 2 -5.0 1.767 3 -5.0 1.966
Докинг с подвижными радикалами занял в разы больше времени, при этом его результаты выглядят не лучше результатов обычного докинга: лиганд также вертится на анимации.Оба варианта докинга вполне могут расположить лиганд близким образом к тому, что мы получили в моделировании. Во втором случае положения меняют не только лиганд, но и аминокислоты белка, что обладает б`ольшим биологическим смыслом.
NAG содержит в себе СH3C(=O)NH группу. Создадим 4 лиганда где метильный радикал этой группы будет заменён на OH, NH2, H, Ph. Для каждого из этих лигандов проведем обыкновенный докинг.
Были получены файлы nag2.smi, nag3.smi, nag4.smi и nag5.smi соответственно со SMILES измененных лигандов.
Затем были получены их pdb-файлы: nag2.pdb, nag3.pdb, nag4.pdb и nag5.pdb.
Наконец, с помощью скрипта prepare_ligand4.py были получены pdbqt-файлы: nag2.pdbqt, nag3.pdbqt, nag4.pdbqt и nag5.pdbqt.
В результате обычного докинга были получены файлы:
для первого лиганда: nag2_prot.pdbqt и nag2_prot.log;
для второго лиганда: nag3_prot.pdbqt и nag3_prot.log;
для третьего лиганда: nag4_prot.pdbqt и nag4_prot.log;
для четвертого лиганда: nag5_prot.pdbqt и nag5_prot.log.
В результате докинга c подвижным радикалом были получены файлы:
для первого лиганда: vina_prot_flex2.pdbqt и vina_prot_flex2.log;
для второго лиганда: vina_prot_flex3.pdbqt и vina_prot_flex3.log;
для третьего лиганда: vina_prot_flex4.pdbqt и vina_prot_flex4.log;
для четвертого лиганда: vina_prot_flex5.pdbqt и vina_prot_flex5.log.Таблица трех лучших расположений для каждого лиганда:
Конформация
Радикал
OH
Nh2
H
Ph
1
-4.7
-4.8
-4.5
-6.4
2
-4.6
-4.8
-4.3
-6.1
3
-4.6
-4.7
-4.2
-5.8
Таблица трех лучших расположений для каждого лиганда в случае с подвижными радикалами:
Конформация
Радикал
OH
Nh2
H
Ph
1
-4.8
-4.9
-4.7
-6.7
2
-4.8
-4.8
-4.5
-6.4
3
-4.8
-4.7
-4.5
-6.1