Докинг

Занятие 10. Докинг низкомолекулярных лигандов в структуру белка.

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 найдем SMILES аннотацию для NAG: nag.smi.
C помощью obgen построим 3D структуру этого сахара в pdb формате:
```
obgen nag.smi > nag.mol
babel -imol nag.mol -opdb nag.pdb
```
Выходной файл: nag.pdb.
С помощью скрипта prepare_ligand4.py из пакета Autodock tools создадим pdbqt-файл лиганда NAG:
```
prepare_ligand4.py -l nag.pdb
```
Выходной файл: nag.pdbqt.
С помощью скрипта prepare_receptor4.py из пакета Autodock tools создадим pdbqt файл белка LYSC_CHEMY:
```
prepare_receptor4.py -r lysc_3.pdb
```
Выходной файл: lysc_3.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 определим из модели комплекса, построенной на прошлом занятии. Для этого выберем какой-нибудьт атом сахара, аходящийся в центре сайта связывания, и извлечем из текста его координаты:
```
HETATM 1054  N2B NAG B 131      40.992  42.120  26.552  1.00182.27           N
```
Построим файл vina.cfg с примерно таким содержанием:
```
center_x=40.992
center_y=42.120
center_z=26.552

size_x = 25
size_y = 25
size_z = 25

num_modes = 20 
```

Проведем первый докинг:

vina --config vina.cfg --receptor lysc_3.pdbqt --ligand nag.pdbqt --out nag_prot.pdbqt
 --log nag_prot.log

Выходные файлы: nag_prot.pdbqt, nag_prot.log.

Просмотрим файл nag_prot.log и запишем энергии 3ёх лучших расположений и геометрическую разницу между ними:

Расположение	Энергия (ккал/моль)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd u.b.)
1	-5.6	0.000	0.000
2	-5.6	2.707	4.432
3	-5.2	1.934	5.027

Файлы nag_prot.pdbqt и lysc_3.pdbqt были загружены в PyMOL. Все состояния на одной картинке изображены ниже:

Из картинки видно, что лиганд свободно перемещается внутри центра связывания белка. Возможно, это происходит из-за того, что мы докируем не весь комплексный лиганд, состоящий из трех сахарных остатков, а только одну его часть (один сахар).

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 использовали в прошлом задании для позиционирования лиганда.
```
prepare_flexreceptor4.py -r lysc_3.pdbqt -s ASP102_ASN104_VAL110
```
и проведём докинг:
```
vina --config vina.cfg --receptor lysc_3_rigid.pdbqt --flex lysc_3_flex.pdbqt 
--ligand nag.pdbqt --out nag_prot_flex.pdbqt --log nag_prot_flex.log
```

Просмотрим файл nag_prot_flex.log и запишем энергии 3ёх лучших расположений и геометрическую разницу между ними:

Расположение	Энергия (ккал/моль)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd u.b.)
1	-5.3	0.000	0.000
2	-5.1	1.746	4.026
3	-5.0	1.548	1.907

Докинг с подвижными радикалами считаются немного дольше, чем докинг без подвижных радикалов.
Файлы nag_prot_flex.pdbqt и lysc_3_rigid.pdbqt были загружены в PyMOL. Все состояния на одной картинке изображены ниже:

В данном случае свое положение меняет не только лиганд, но и три выбранных аминокислоты белка: Asp102, Asn104, Val110. Из рисунка видно, что наиболее изменяется конформация у Asn104. Положение лиганда также влияет и на конформацию Val110, а вот на Asp102 влияение не очень сильно, остаток лишь чуть-чуть колеблется (на рисунке не заметно).
Мне кажется, что с биологической точки зрения разумнее делать подвижный докинг, ведь белок не является неподвижной жесткой структурой.

В моделировании мы получили следующую картину:

К сожалению, докинг не смог расположить лиганд наиболее близким образом к тому положению, что он занимал в результате моделирования (например, водородная связь между 102 остатком и лигандом так и не образовалась).

NAG содержит в себе СH₃C(=O)NH группу. Создадим 3 лиганда, где метильный радикал этой группы будет заменён на OH, NH₂,H: nag_oh.smi, nag_nh2.smi, nag_h.smi.
PDB-файлы: nag_oh.pdb, nag_nh2.pdb, nag_h.pdb.
C помощью скрипта prepare_ligand4.py были получены pdbqt-файлы: nag_oh.pdbqt, nag_nh2.pdbqt, nag_h.pdbqt.
Затем для каждого лиганда провели обычный докинг.
Результаты для первого лиганда: nag_prot_oh.log, nag_prot_oh.pdbqt. Энергия 3ёх лучших расположений и геометрическая разница между ними:

Расположение	Энергия (ккал/моль)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd u.b.)
1	-5.0	0.000	0.000
2	-4.9	6.564	8.139
3	-4.8	1.005	3.723

Результаты для второго лиганда: nag_prot_nh2.log, nag_prot_nh2.pdbqt. Энергия 3ёх лучших расположений и геометрическая разница между ними:

Расположение	Энергия (ккал/моль)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd u.b.)
1	-4.9	0.000	0.000
2	-4.8	7.011	8.185
3	-4.7	6.627	8.198

Результаты для третьего лиганда: nag_prot_h.log, nag_prot_h.pdbqt. Энергия 3ёх лучших расположений и геометрическая разница между ними:

Расположение	Энергия (ккал/моль)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd u.b.)
1	-4.7	0.000	0.000
2	-4.7	2.297	3.018
3	-4.6	1.223	3.578

Меню

· Главная
· Результаты исследований
· Семестры
· Полезные ссылки
· Контакты