Докинг низкомолекулярных лигандов в структуру белка.

    Для работы использован белок лизоцим структура которого была построена на основе гомологичного моделирования на прошлом практикуме.
  1. В банке pdb находится SMILES для NAG. nag.smi
  2. C помощью obgen построена 3D структура этого сахара в pdb формате.
    obgen nag.smi > nag.mol
    babel -imol nag.mol -opdb nag.pdb


  3. Скриптом prepare_ligand4.py из пакета Autodock tools создаем pdbqt файл лиганда.
    export PATH=${PATH}:/home/preps/golovin/progs/bin
  4. Скриптом prepare_receptor4.py из пакета Autodock tools создан pdbqt файл белка.
  5. Необходимые входные файлы получены. Теперь надо создать файл с параметрами докинга vina.cfg.
  6. Теперь можно провести первый докинг:
    vina --config vina.cfg --receptor seq.B99990005.pdbqt --ligand nag.pdbqt --out nag_prot.pdbqt --log nag_prot.log
    Просмотрим файл nag_prot.log и запишем энергии 3 лучших расположений и геометрическую разницу между ними:
    mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -5.0      0.000      0.000
   2         -5.0      1.733      4.956
   3         -4.9     10.760     12.186

    Файлы nag_prot.pdbqt и seq.B99990005.pdbqt были загружены в PyMOL. Все состояния на одной картинке изображены ниже:



  7. Теперь проведём докинг рассматривая подвижность некоторых боковых радикалов белка. Сначала разобьем белок на две части, подвижную и неподвижную. Для подвижной части выберем аминокислоты, которые использовались в прошлом задании для позиционирования лиганда.
    python /usr/share/pyshared/AutoDockTools/Utilities24/prepare_flexreceptor4.py -r seq.B99990005.pdbqt -s ASN190_LYS194_ALA196_SER85
    и проведём докинг:
    vina --config vina.cfg --receptor prot_rigid.pdbqt --flex prot_flex.pdbqt --ligandM
  8. Просмотрим файл nag_prot_flex.log и запишем энергии 3 лучших расположений и геометрическую разницу между ними:
    mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -5.0      0.000      0.000
   2         -5.0      1.711      4.079
   3         -4.8      2.573      4.561

    Докинг с подвижными радикалами считаются немного дольше, чем докинг без подвижных радикалов. Файлы nag_prot_flex.pdbqt (отмечено лиловым) и seq.B99990005_rigid.pdbqt (отмечено красным) были загружены в PyMOL (зеленым покрашено seq.B99990005.pdbqt, синим - nag_prot.pdbqt):



    В данном случае свое положение меняет не только лиганд, но и три аминокислоты белка (Asn190, Lys194, Ser85). С биологической точки зрения лучше делать подвижный докинг, поскольку белок не является неподвижной жесткой структурой.
  9. Докинг не смог расположить лиганд наиболее близким образом к тому положению, что он занимал в результате моделирования.
  10. NAG содержит в себе СH3C(=O)NH группу. Создано 3 лиганда где метильный радикал этой группы будет заменён на :
    OH (nag_oh.smi)
    NH2 (nag_nh2.smi)
    H (nag_h.smi)
    Ph (nag_Ph.smi)

    Для каждого из этих лигандов проведен обыкновенный докинг:
    OH (nag_prot_oh.log, nag_prot_oh.pdbqt)
    mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -5.0      0.000      0.000
   2         -4.9      2.557      3.676
   3         -4.7     10.416     11.883
    NH2 (nag_prot_nh2.log, nag_prot_nh2.pdbqt)
    mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -5.3      0.000      0.000
   2         -5.2      2.439      4.918
   3         -4.9      2.639      4.788
    H (nag_prot_h.log, nag_prot_h.pdbqt)
    mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -5.3      0.000      0.000
   2         -5.2      2.439      4.918
   3         -4.9      2.639      4.788
    Ph (nag_prot_ph.log, nag_prot_ph.pdbqt)
    mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -6.0      0.000      0.000
   2         -6.0     21.997     24.407
   3         -5.9      3.225      5.290



    Красным отмечен лиганд с Н, синим - с NH2, желтым - с OH, лиловым - с Ph, зеленым - результат моделирования. На картинке видно, что докинг прошел неудачно.
  11. Докинг с подвижными радикалами для новых 3 лигандов (кроме Н):
    OH (nag_oh_prot_flex.log, nag_oh_prot_flex.pdbqt)
    mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -5.1      0.000      0.000
   2         -5.0      1.396      3.962
   3         -4.9      1.855      3.859
    NH2 (nag_nh2_prot_flex.log, nag_nh2_prot_flex.pdbqt)
    mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -5.2      0.000      0.000
   2         -5.2      1.960      3.965
   3         -4.7      8.287     10.354
    Ph (nag_ph_prot_flex.log, nag_ph_prot_flex.pdbqt)
    mode |   affinity | dist from best mode
     | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b.
-----+------------+----------+----------
   1         -6.0      0.000      0.000
   2         -5.9     12.918     20.835
   3         -5.8     12.923     20.115

    OH NH2 Ph
    Видно, что одни лиганды помещаются в белке более глубоко, а другие менее. Наиболее компактно располагается лиганд с ОН, хотя афинность у лиганда с Ph наилучшая.
    Последние два пункта подтверждают предположение о том, что докуинг целесообразнее проводить для подвижного белка.
© Anastasia Maslova, 2012