Докинг низкомолекулярных лигандов в структуру белка


Цель данного занятия - ознакомиться с возможностями докинга низкомолекулярного лиганда в структуру белка.
Используемый пакет - Autodock Vina (входные данные - специально форматированные файлы pdb c зарядами и указанием торсионных углов) и Autodock tools.
Была взята модель №5 белка лизоцима, построенная на основе гомологичного моделирования на прошлом практикуме, и из нее был удален лиганд.

Докинг одного из мономеров сахара (NAG) из прошлого занятия

В банке pdb была найдена SMILES нотация для NAG и сохранена в файл nag.smi :
CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O
C помощью obgen была построена 3D структуру этого сахара в pdb формате : 
obgen nag.smi > nag.mol
babel nag.mol  nag.pdb

Скриптом prepare_ligand4.py из пакета Autodock tools был создан pdbqt файл данного 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 был создан pdbqt файл модели №5 лизоцима. 
prepare_receptor4.py -r  seq.B99990005.pdb

Затем был создан файл с параметрами докинга vina.cfg . Для докинга была указана область поиска места связывания в структуре белка - куб с центором, координаты которого были определены с помощью PyMol из модели №5 комплекса, как координаты центра масс между остатками, образующими водородные связи с легандом(№ остатков взяты из предыдущего практикума): 
 pseudoatom  NAG,  resi 145+152+193

Координаты центра можно посмотреть, если выделить его, а затем сохранить как молекулу в отдельный файл ,выбрав нужное выделение.
Далее был проведен первый докинг( результат - nag_prot.pdbqt, nag_prot.log ): 
 
vina --config vina.cfg --receptor seq.B99990005.pdbqt --ligand nag.pdbqt --out nag_prot.pdbqt --log nag_prot.log

Энергии 3ёх лучших расположений и геометрическая разница между ними: 
mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -5.1      0.000      0.000
   2         -4.9      1.461      2.521
   3         -4.7      1.759      2.008
* rmsd u.b. - среднеквадратичное отклонение, не учитывающее симметрию (нам нужно именно оно)
Подсчет геометрической разницы:
между 1 и 2 : 0.000 - 2.521 = -2.521
между 1 и 3 : 0.000 - 2.008 = -2.008
Резудьтат загрузки в PyMol файлов nag_prot.pdbqt и seq.B99990005.pdbqt (отображены все состояния лиганда):
           
Затем был проведен докинг с рассмотрением подвижности некоторых боковых радикалов белка. Сначала белок был разбит на две части, подвижную и неподвижную . Для подвижной части были выбраны 3 аминокислоты, использованные в прошлом задании для позиционирования лиганда: 
python /usr/share/pyshared/AutoDockTools/Utilities24/prepare_flexreceptor4.py -r seq.B99990005.pdbqt 
-s GLU145_ASN152_ASP193
и проведен докинг ( результат - nag_prot_flex.pdbqt, nag_prot_flex.log ): 
 
vina --config vina.cfg --receptor seq.B99990005_rigid.pdbqt --flex seq.B99990005_flex.pdbqt --ligand nag.pdbqt 
--out nag_prot_flex.pdbqt --log nag_prot_flex.log

Энергии 3ёх лучших расположений и геометрическая разница между ними: 
mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -5.0      0.000      0.000
   2         -4.9      2.028      3.297
   3         -4.8      2.000      3.426
* rmsd u.b. - среднеквадратичное отклонение, не учитывающее симметрию (нам нужно именно оно)
Подсчет геометрической разницы:
между 1 и 2 : 0.000 - 3.297 = -3.297
между 1 и 3 : 0.000 - 3.426 = -3.426
Интересно отметить, что при перезапуске скрипта значения энергии и rmsd меняются.По времени докинг с подвижными радикалами происходит значительно дольше,чем обычный.
Резудьтат загрузки в PyMol файлов nag_prot_flex.pdbqt и seq.B99990005_rigid.pdbqt (отображены все состояния лиганда):
           

######В отчёт надо занести различия которые Вы обнаружите по сравнению с обычным докингом.

######Сделайте вывод, может ли докинг расположить лиганд наиболее близким образом к тому, что вы получили в моделировании. Если да, то отметьте энергетическую эффективность этого расположения. Прикрепить картинку : докинг+ лиганд из прошлого занятия

Далее были созданы 4 лиганда, где метильный радикал группы СH3C(=O)NH из NAG был заменён на одну из следующих групп(OH, NH2, H, Ph),после чего для каждого из этих лигандов был проведен обыкновенный докинг и докинг с подвижными радикалами (кроме Н):
замена SMILES 3D стр-ра (pdb) pdbqt файл обычный докинг докинг с подвижными радикалами
OH nag_OH.smi nag_OH.pdb nag_OH.pdbqt nag_OH_prot.log
nag_OH_prot.pdbqt		 nag_OH_prot_flex.log
nag_OH_prot_flex.pdbqt
NH2 nag_NH2.smi nag_NH2.pdb nag_NH2.pdbqt nag_NH2_prot.log
nag_NH2_prot.pdbqt		 nag_NH2_prot_flex.log
nag_NH2_prot_flex.pdbqt
H nag_H.smi nag_H.pdb nag_H.pdbqt nag_H_prot.log
nag_H_prot.pdbqt		       _____
      _____
Ph nag_Ph.smi nag_Ph.pdb nag_Ph.pdbqt nag_Ph_prot.log
nag_Ph_prot.pdbqt		 nag_Ph_prot_flex.log
nag_Ph_prot_flex.pdbqt
########## и представьте результаты в виде таблицы из трёх лучших расположений для каждого лиганда. и сравните их связывание во всех случаях 
OH
   1         -5.2      0.000      0.000
   2         -5.1      8.548      9.886
   3         -4.8      2.441      4.246

   1         -5.1      0.000      0.000
   2         -4.8      1.414      2.329
   3         -4.6      4.191      7.879

NH2
   1         -5.3      0.000      0.000
   2         -5.0      2.813      4.171
   3         -4.9      1.792      2.753

   1         -5.3      0.000      0.000
   2         -5.0      2.375      3.177
   3         -4.9      1.558      2.271
H
   1         -4.5      0.000      0.000
   2         -4.4      2.470      4.087
   3         -4.4      1.409      1.434

---
Ph
   1         -6.9      0.000      0.000
   2         -6.5      1.995      2.511
   3         -6.5      1.407      2.539

   1         -6.6      0.000      0.000
   2         -6.6      2.432      3.723
   3         -6.5      2.496      4.343
   

© Алиса Муравьева. Все права защищены.