Практикум #7 Связывание лигандов. Карманы связывания. Индуцированное соответствие

• Мне были предоставлены 2 pdb-файла. В одном из них находился белок с лигандом, в другом - без.
• С помощью вэб-сервиса POCASA были выделены полости в белке без лиганда и с ним (перед использованием сервисом лиганд был удален).
• После этого были проанализированы формы и структуры карманов, выделены несколько ярких изменений, продемонстрированы некоторые взаимодействия как лиганда с аминокислотами кармана, так и аминокислот белка друг с другом.
• Сначала было впринципе посмотреть на разницу структур связанной и свободной форм. Для этого обе структуры были выровнены командой super (рис. 1). Видно, что местами изменения не столь сильные, однако, на переднем плане видно α- спираль, которая сильно изменила свое положение, что будет продемонстрировано более четко ниже. Помимо этого, видно, что зеленая модель свободного белка наезжает на структуру лиганда, что говорит о том, что для расположения лиганда необходимо конформационное изменение, что еще более четко будет видно при рассмотрении карманов.



• С помощью сервиса POCASA для свободной и связанной форм белка были определены 5 самых больших по объему карманов.

Таблица 1. Карманы найденные сервисом POCASA для свободной формы белка (по возрастанию ранга).

ID кармана	Объем кармана	*VD кармана	Среднее VD кармана
440	1717	4513	2.63
99	221	575	2.60
632	87	203	2.34
123	58	169	2.91
142	51	128	2.52



Таблица 2. Карманы найденные сервисом POCASA для связанной формы белка (по возрастанию ранга).

ID кармана	Объем кармана	*VD кармана	Среднее VD кармана
293	462	4009	8.68
424	188	450	2.40
503	90	215	2.39
45	77	177	2.31
95	74	192	2.60



• VD - сумма наикрадчайших расстояний от некой поверхности, определяемой алгоритмом как начало кармана, до точек самого кармана. Иными словами, чем больше это значение, тем грубо говоря "глубже карман залегает внутри структуры белка" По некотором причинам изложенным ниже, по-моему мнению, есть смысл смотреть на среднее значение этого показателя.
• Из рисунков 2 и 3, а также таблиц 1 и 2 можно сделать некоторые выводы:
  1. Программе удалось найти полости.
  2. В связанной и свободной формах белка видно полость, ответственную за связывание лиганда (440 и 293).
  3. Объем кармана связывания уменьшается в размере у связанной формы в отличии от свободной при этом значительно: в 4 раза.
  4. VD карманов связывания у двух форм отличаются не сильно, но у связанной формы он меньше. А вот средние значения сильно изменяются. То есть хоть и карман стал располагаться ближе к поверхности его начала, но в среднем точки кармана располагаются глубже у связанной формы, чем у свободной. Поэтому вероятно здесь можно сказать, что сильнее стянулись аминокислоты в последовательности связанного белка.
  5. Судя по взаимодействиям, которые будут продемонстрированы ниже, я бы предположил, что сначала лиганд взаимодействует с внутренностью кармана 440 свободной формы белка (гидрофобные, водородные и ароматичные взаимодействия), а потом из-за конформационных изменений та самая выделяющаяся на фоне других α-спираль по средством водородных связей с лигандом и водородных, ароматических взаимодействий с другими аминокислотами белка закрывает полость (чем-то мне это напомнило тип ворот из курса ферментативных реакций - "drawbridge").
• На рисунках 4, 5, 6 продемонстрированы взаимодействия аминокислот, которые появляются при наличии лиганда как с ним самим, так и с другими аминокислотами.







• Так же было интересно увидеть дисульфидный мостик (его хорошо видно на рисунке 6) между α-спиралью и петлей, который, вероятно, является жесткой струтурой, которая заставляет обе структуры менять конформацию вместе.

Задание 2. Протонирование

• С помощью сервиса PDB2PQR была протонирована структура свободной формы белка.
• С помощью программы SPORES был протонирован лиганд. Правда у меня лиганд в этом плане попался довольно легкий. Водороды вроде навесились правильно.

Задание 3. Докинг

• С помощью сервиса Webina были получены 9 моделей возможного расположения лиганда в структуре свободной формы белка.
• Был скачан файл со всеми позами лиганда и распаршен на отдельные с помощью команды split_states.
• При сравнении поз выданных сервисом с расположением лиганда внутри связанной формы белка ни одна из них не была похожа на положение внутри связанной формы.
• Более подробно остановились на лучшей позе из выдачи. Для нее построена визуализация взаимодействий с помощью сервиса PoseView (Рис. 9).



• Также я отобразал эти взаимоействия в PyMol (рис. 10) и отобразил разницу положения выделенных сервисом аминокислот у свободной и связанной форм белка (рис. 11).





• Также с помощью сервиса были предсказаны взаимодействия лиганда с связанной формой белка (рис. 12).



• Сравнение выдач показывает, что нет одинаковых взаимодействий между лигандом и разными формами белка. Взаимодействия, которые нашел сервис, частично повторяют взаимодействия, найденные мной в первом задании: водородные связи и гидрофобные взаимодействия (с аргинином только вторую водородную связь забыл нарисовать, а с лизином не заметил). При этом есть и другие, которые отметил я: Т-стэкинг.
• Уже из этих данных напрашивается наличие какого-то дополнительного участинка, который бы перегруппировывал лиганд из положения, которое он принимает в свободной форме белка, в позу в связанной форме.
• Если посмотреть на расположение лиганда внутри кармана связывания видно, что есть довольное большое пустое пространство в глубине полости (рис. 13). Возможно это место нужно как раз для такого посредника.



• Из всего выше сказанного, а именно: не похожесть поз лиганда в разных формах белка, различные взаимодействия и, возможно, наличие большого пустого пространства в кармане связывания; вероятно можно сделать вывод, что для моего лиганда и белка вероятен эффект индуцированного соответствия.