Главная

I Семестр

II Семестр

III Семестр

IV Семестр

V Семестр

VI Семестр

Проекты

Обратная Связь

Докинг низкомолекулярных лигандов в структуру белка

Цель работы - ознакомиться с возможностями докинга низкомолекулярного лиганда в структуру белка и пакета Autodock Vina и Autodock tools.
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.
Работать будем с белком лизоцимом LYSC_LEPWE, структура которогобыла построена на основе гомологичного моделирования на прошлом занятии.

• Найдем в банке PDB (www.pdb.org) SMILES аннотацию для NAG и сохраним ее в файле nag.smi.

• Затем с помощью obgen построим 3D-структуру этого сахара в pdb-формате:

  obgen nag.smi > nag.mol
  babel -imol nag.mol -opdb nag.pdb
  

  В результате был получен файл nag.pdb.

• С помощью cкрипта prepare_ligand4.py из пакета Autodock tools создадим pdbqt файл нашего лиганда:

  prepare_ligand4.py -l nag.pdb
  

  Полученный pdbqt-файл лиганда NAG: nag.pdbqt

• Аналогично скриптом prepare_receptor4.py из пакета Autodock tools создадим pdbqt файл нашего белка LYSC_LEPWE.

  prepare_receptor4.py -r lepwe_5.pdb
  

  Полученный файл: lepwe_5.pdbqt.

• Итак, мы получили необходимые входные файлы. Теперь создадим 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 центром. Координаты центра определим из модели комплекса, построенной на прошлом занятии. Выберем атом сахара, находящийся в центре сайта связывания (атом N2B), и извлечем из pdb-файла его координаты (40.781 42.027 26.420).
  Создадим по этим данным файл vina.cfg.

• Теперь можно провести первый докинг:

  vina --config vina.cfg --receptor lepwe_5.pdbqt --ligand nag.pdbqt --out nag_prot.pdbqt --log nag_prot.log
  

  В результате докинга были получены файлы nag_prot.pdbqt и nag_prot.log.

• Просмотрим файл nag_prot.log. Энергии трех лучших расположений и геометрическая разница между ними представлена в таблице:

  Расположение	Энергия (ккал/моль)	rmsd l.b.	rmsd u.b.
  1	-5.9	0.000	0.000
  2	-5.8	2.768	4.581
  3	-5.6	2.029	3.194

  Файлы nag_prot.pdbqt и lepwe_5.pdbqt были загружены в PyMOL. Все состояния на одной картинке изображены ниже:

  

  Такая картинка, содержащяя все состояния лиганда, показывает, что молекула лиганда свободно перемещается внутри центра связывания белка (возможно, это связано с тем, что это лишь один из трех сахарных остатков реального лиганда).
  Также видно, что в 4 случаях лиганд выходит из центра связывания. При том, что 2 из этих состояний локализованы в одном месте, а другие 2 состояния - в другом.

• Теперь проведем 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 (Glu53, Trp82 и Asp120). Для создания pdbqt-файла воспользуемся скриптом prepare_flexreceptor4.py:

  prepare_flexreceptor4.py -r lepwe_5.pdbqt -s GLU53_TRP82_ASP120
  

  В результате были получены файл lepwe_5_flex.pdbqt и lepwe_5_rigid.pdbqt.
  Теперь проведем докинг:

  vina --config vina.cfg --receptor model5_rigid.pdbqt --flex model5_flex.pdbqt 
  --ligand nag.pdbqt --out vina_prot_flex.pdbqt --log vina_prot_flex.log
  

  В результате докинга были получены файлы vina_prot_flex.pdbqt и vina_prot_flex.log.

• Просмотрим файл vina_prot_flex.log. Энергии трех лучших расположений и геометрическая разница между ними представлена в таблице:

  Расположение	Энергия (ккал/моль)	rmsd l.b.	rmsd u.b.
  1	-5.0	0.000	0.000
  2	-4.9	1.808	3.207
  3	-4.7	1.484	2.373

  Файлы vina_prot_flex.pdbqt и lepwe_5_rigid.pdbqt были загружены в PyMOL. Все состояния на одной картинке изображены ниже:

  

  Как видно, теперь свое положение меняет не только лиганд, но и три аминокислоты белка (правда, из них сильно изменяет положение, пожалуй, только Trp-82; это связано с тем, что другие два остатка взаимодействовали в модели с другими мономерами лиганда).
  Перемещение лиганда в подвижном докинге куда больше, чем в обычном, что вполне естесственно объясняется подвижностью аминокислотных остатков. В некоторых состояниях очень хорошо видно, как Trp82 сильно меняет конформацию, контактируя с лигандом.
  Видно, что в случае подвижного докинга лиганд выходит из центра связывания в 5 случаях. Но во всех этих случаях лиганд, локализован примерно в одной области, в отличие от жесткого докинга.

• Стоит отметить, что лучше с задачей справился обычный докинг, а не подвижный. Обычный докинг, в одном случае, смог примерно расположить лиганд так, как он располагался в полученной модели.

  Расположение	Энергия (ккал/моль)	rmsd l.b.	rmsd u.b.
  20	-4.0	3.263	4.633

  На картинке приведено расположение лиганда наиболее близкое к тому, что было получено в моделировании:

  

• Создадим три лиганда, где метильный радикал СH₃C(=O)NH группы NAG заменен на OH, NH₂ и H. Для этого были получены файлы nag_oh.smi, nag_nh.smi и nag_h.smi соответственно со SMILES измененных лигандов.
  Затем был написан bash-скрипт: make.bash

  В результате обычного докинга были получены файлы:

  • для первого лиганда: nag_oh_prot.log и nag_oh_prot.pdbqt
  • для второго лиганда: nag_nh_prot.log и nag_nh_prot.pdbqt
  • для третьего лиганда: nag_h_prot.log и nag_h_prot.pdbqt

  Таблица трех лучших расположений для первого лиганда:

  Расположение	Энергия (ккал/моль)	rmsd l.b.	rmsd u.b.
  1	-5.8	0.000	0.000
  2	-5.7	2.221	4.472
  3	-5.7	1.647	2.154

  Изображение результата докинга для первого лиганда представлено ниже:

  

  Как видно, из картинки, что лиганд не выходит из центра связывания, возможно это связано с возникновением дополнительных водородных связей, которые стабилизируют лиганд в центре связывания.

  Таблица трех лучших расположений для второго лиганда:

  Расположение	Энергия (ккал/моль)	rmsd l.b.	rmsd u.b.
  1	-6.0	0.000	0.000
  2	-5.8	2.733	4.545
  3	-5.8	1.600	2.165

  Изображение результата докинга для второго лиганда представлено ниже:

  

  В этом случае лиганд выходит из центра связывания, лишь в одном случае. Это связано с возникновением дополнительных водородных связей, которые стабилизируют лиганд в центре связывания.

  Таблица трех лучших расположений для третьего лиганда:

  Расположение	Энергия (ккал/моль)	rmsd l.b.	rmsd u.b.
  1	-5.3	0.000	0.000
  2	-5.1	1.592	2.085
  3	-5.1	1.978	4.740

  Изображение результата докинга для третьего лиганда представлено ниже:

  

  В этом случае лиганд выходит из центра связывания, так как не появилось дополнительных связей (по сравнению с лигандом, содержащим метильный радикал), которые могли бы стабилизировать лиганд в центре связывания.