Рисунок 23: UCSF Chimera - итоговая модель с выделенными цветом доменами
5.3 Необходимое послесловие к моделированию
Модель построена — что дальше?
Здесь можно задать себе вопрос — для чего вообще применяются трехмерные модели белков? Одно из наиболее актуальных применений
— drug design, компьютерное проектирование лекарственных средств.
Общий путь создания нового лекарственного средства обычно содержит семь этапов:
1)Выбор болезни, для которой создается лекарство
2)Выбор и изучение молекулярной мишени, на которую будет действовать лекарственное средство
3)Нахождение базовой структуры лекарственного средства
4)Оптимизация найденной структуры
5)Доклинические испытания
45
6)Клинические испытания
7)Производство препарата
До появления компьютерных методов проектирования лекарственных средств основными источниками претендентов на лекарственные соединения были живые организмы и классический химический синтез. В ходе экспериментального тестирования огромное большинство веществ-претендентов отбрасывались как неперспективные по причинам неэффективности, ядовитости, сложности получения и. т. д. и только одно из 100 000 претендентов на лекарственное средство могло стать реальным лекарством. Компьютерные методы позволили оптимизировать первые четыре этапа проектирования и на два порядка сократить количество веществ, которые нужно синтезировать для доклинических и клинических испытаний. Конечно, эти подходы не могут полностью заменить реальные эксперименты, их задача — подбор наиболее вероятных мишеней для действия лекарственных средств и взаимодействующих с этими мишенями лигандов для последующей проверки в биологических экспериментах.
Внашей учебной научной работе мы сделали небольшую и очень упрощенную, но реальную работу по второму этапу конструирования лекарственного средства — выбору и изучению молекулярной мишени.
Впоследнем задании мы выяснили, что многофункциональный вирусный белок NS3 имеет три домена, одним из которых является протеаза. Структурный домен протеазы — это фермент, взаимодействующий с субстратом по принципу «ключ-замок», подобно множеству других ферментов. Зная пространственную структуру домена протеазы с её кофактором, мы можем подобрать химическое соединение (лиганд), изменяющий конформацию активного центра фермента. При этом важно изменить конформацию таким образом, чтобы фермент потерял специфичность к определенному субстрату, т. е. перестал связываться с конкретными участками полипротеина, по которым его нужно расщеплять. Тонкий механизм сборки вирусной частицы при этом будет нарушен и вирус будет обезврежен.
Если продолжить проектирование, то следующим этапом будет проверка модели с помощью методов молекулярной динамики, затем -
46
виртуальный компьютерный скрининг для поиска подходящих лигандов.
Современный уровень развития структурной биологии позволяет получать с помощью компьютерного моделирования оценки для энергии взаимодействия потенциальных лекарственных препаратов с белками-рецепторами, отличающиеся от экспериментальных величин в пределах десяти процентов. . Такого рода расчеты требуют значительных затрат компьютерного времени, но все равно на много порядков дешевле чем экспериментальные методы. С помощью технологий виртуального скрининга существует возможность найти среди сотен тысяч химических соединений те вещества, которые могут взаимодействовать с нужным сайтом белка-рецептора с необходимой степенью сродства. В процессе виртуального скрининга для каждого химического соединения производится проверка, насколько это вещество может быть совмещено по форме с нужным сайтом белкарецетора; такая процедура называется докингом.
После виртуального скрининга следуют испытания найденных претендентов на лекарственное средство vin vitro и in vivo и далее по шагам, до самого производства лекарственного препарата.
47