Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Молекулярный докинг как метод компьютерного моделирования взаимодействия лиганда с белком. Учебно-методическое пособие
.pdf
21
2. Укажите, типы атомов из какого лиганда будут использованы
для создания gpf-файла:
Grid → Set Map types → Open ligand...
erlotinib.pdbqt → Открыть.
3. Grid → Grid box... Меню с параметрами создаваемой сетки.
4. Сцентрируйте сетку по центру лиганда (совместите центр
сетки с центром лиганда):
Center → Center on ligand.
Этот шаг делается в контрольном докинге, поскольку точно из-
вестно положение лиганда в кармане белка. Если берем какой-то неизвестный лиганд, то позиционировать сетку надо на основе файла,
полученного при проведении контрольного докинга.
5. Повращайте цветные регуляторы, расположенные в верхней
половине окна, чтобы изменить размеры сетки. Число, написанное
на каждом колесике, обозначает число точек в сетке по данной оси:
по оси x – число на красном колесике, по оси y – на зеленом и по оси
z – на синем. Размер сетки должен быть таким, чтобы лиганд не
выходил за ее пределы при любых положениях и при любом
вращении любых связей лигандов вокруг своей оси.
Не закрывая окна Grid Options, перейдите к списку молекул PMV
Molecules. Щелкните на прямоугольнике напротив egfr в столбце
Show/Hide.
Теперь молекула рецептора не отображается, и можно выбрать
размер сетки таким, чтобы лиганд гарантированно в нее вмещался.
Совет: число точек по оси x увеличьте до 50, по осям y и z оставьте
равным 40.
Теперь вновь щелкните на прямоугольнике напротив egfr в
столбце Show/Hide, чтобы показать молекулу белка. Смените отображение белка с Lines на MS. Теперь видно, что эрлотиниб находится в лиганд-связывающем центре белка, которое выглядит как
углубление. Из различных исследовательских работ известно, что в
именно данном углублении происходит фосфорилирование внутриклеточных белков по остаткам тирозина. В результате фосфорилирования белки активируются и начинают фосфорилировать стоящие
далее в сигнальном пути белки. Таким образом, сигнал на деление и
пролиферацию клетки передается с мембраны клетки к ее ядру. В
22
случае избыточного количества EGFR на мембране клетки таких
сигналов будет слишком много, клетка станет избыточно пролиферировать и делиться, претерпевая раковое перерождение. Размещаясь в углублении тирозинкиназного домена EGFR, эрлотиниб
предотвращает избыточную передачу сигнала к ядру и таким образом ослабляет опухолевый процесс. В дальнейшем мы будем искать
вещество, которое блокировало бы тирозинкиназный домен, среди
ксантинов.
«Кубик» почти не выходит за пределы углубления. Это означает,
что расчет межмолекулярных взаимодействий будет производиться
именно в нем, а не где-то на поверхности белка, что не имело бы
смысла.
Серое колесико регулирует расстояние между двумя ближай-
шими точками по одной оси (задается в ангстремах). Оставьте это
расстояние по умолчанию, равным 0,375.
Цветные колесики в нижней части окна Grid Options меняют координаты самого «кубика». Мы не будем менять координаты положения грида, а оставим его центрованном на лиганде.
Важно! Для завершения этой процедуры необходимо чтобы
представление молекул было как прежде, в виде линий (остальные
варианты отображения должны быть отключены)!
6. Закройте окно Grid Options, сохранив параметры сетки:
File → Close saving current.
7. Сохраните параметры сетки в gpf-файле:
Grid → Output → Save GPF...
Напечатайте в текстовом поле «Имя файла:»:
erlotinib.gpf.
Нажмите «Сохранить».
23
5.6. Построение энергетических карт при помощи модуля
AutoGrid, входящего в ADT, на основе gpf-файла
Запуск AutoGrid.
1. Поместите файл AutoGrid (autogrid4.exe) в рабочую папку (в
рабочей папке необходимо также разместить подготовленные
файлы лиганда и рецептора).
2. Удаляем все открытые модели молекул из ADT, затем
выполняем (из ADT): Run → Run AutoGrid, при этом открывается
окно Run AutoGrid, в котором указываем: Program Pathname – путь к
файлу AutoGrid, в данном случае мы помещали файлы autogrid4.exe
и autodock4.exe в рабочую папку.
Parameter File Name – путь к файлу .gpf.
Запустите AutoGrid нажатием кнопки Launch. Будет показан процесс создания модулем AutoGrid результирующего файла erlotinib.glg. Подождите примерно 1-5 мин (зависит от производительности компьютера). После завершения работы AutoGrid в рабочей
директории должен появиться файл с расширением glg, в конце данного файла увидим надпись:
autogrid4: Successful Completion.
Если это так, то все в порядке, продолжаем дальше.
5.7. Подготовка файла с параметрами докинга
1. Выберите молекулу рецептора с расширением *.pdbqt для
докинга: Docking → Macromolecule → Set Rigid Filename →
→ egfr.pdbqt → Открыть.
2. Docking → Ligand → Open… → erlotinib.pdbqt → Открыть →
→ Accept.
Выбираем молекулу лиганда с расширением *.pdbqt.
Замечание: если появляется сообщение «ligand must be
preformatted with autotors» при добавлении лиганда, нужно
завершить подготовку лиганда по приведенной ниже схеме.
1. Ligand → Input → Open.
2. Смените тип файлов с PDBQT на PDB.
3. Выберите ..., нажмите кнопку «Открыть».
4. Ligand → Torsion Tree → Detect Root...
24
5. Ligand → Torsion Tree → Show Root Expansion.
6. Ligand → Torsion Tree → Choose Torsions...
7. Ligand → Output → Save as PDBQT.
3. Далее нужно настроить поисковые параметры для
использования генетического алгоритма:
Docking → Search Parameters → Genetic Algorithm...
Для контрольного докинга, который позволит установить, есть ли
связь и силу этой связи, необходимо изменить некоторые параметры: Number of GA Runs в это поле поставьте 100 – количество
шагов (каждый такой запуск приводит к нахождению одной наилучшей конформации, т.е. получим 100 конформаций лиганда в области
связываания белка).
Population size: 150.
Max Number of evals: поставьте 2500000.
Остальные параметры оставьте неизменными.
Accept.
Для более точных и достоверных расчетов:
***Number of GA Runs: 10-50.
***Max Number of evals: 2500 000-25000 000.
4. Docking → Output → Lamarckian GA (4.2)... Назовите файл
erlotinib.dpf. Сохраните данный файл в рабочей папке.
5.8. Докинг
1. Необходимо поместить файл autodock4.exe в рабочую папку,
где находится файл autogrid4.
2. Можно выполнить запуск программы autodock4 по тому же
принципу, что и запуск программы autogrid4, выбрав
соответствующий пункт в меню Run.
Но можно выполнить запуск программы из командной строки
Windows. Для этого запустите еще одну копию командной строки
Windows:
Пуск(Windows) → Все программы → Стандартные →
→ Командная строка или набрав в поиске windows команду cmd.
3. В этом окне перейдите в рабочую папку, содержащую все наши
файлы и программы autodock4.exe и autogrid4.exe. Например:
cd d:/docking.
25
4. Запустите докинг, набрав в командной строке:
autodock4 -p erlotinib.dpf -l erlotinib.dlg.
В результате в окне терминала (после примерно 1-2 мин работы
модуля Autodock) увидите либо сообщение об ошибке, либо в директории появится новый файл с расширением dlg, в конце которого
будет содержаться сообщение об успешном завершении работы:
autodock4: Successful Completionon… .
5.9. Оценка результатов докинга
Докинг завершен. Теперь необходимо только интерпретировать
результаты. Сам докинг занимает различное время: от 1 мин при постановке минимальных параметров до суток, если параметры максимальны.
Мы провели так называемый «контрольный» докинг, в котором
производится расчет взаимодействия белка-мишени с лигандом, чье
действие на мишень уже доказано в экспериментах in vitro и in vivo.
В контрольном докинге главное – достичь сходства конформаций
лиганда с конформацией, полученной при помощи рентгеноструктурного анализа (с исходной конформацией). На основании энергии
взаимодействия с белком наилучшей с этой точки зрения конформации будет делаться оценка, прочно ли взаимодействует с белком то
или иное соединение-кандидат на роль нового ингибитора этого же
белка.
1. Откроем полученный файл erl-egfr.dlg в Notepad++, в котором
нас интересует всего лишь один показатель – энергия связывания.
Через Ctrl+F находим строчку: «Estimated Free Energy of Binding»,
напротив которой стоит число в килокалориях на моль.
2. Просмотр полученного взаимодействия:
File → Read Molecule… → egfr.pdbqt → Open…
Analyze → Dockings → Open... → erlotinib.dlg.
Включите для EGFR режим отображения MS и снимите отображение Lines, для erlotinib установите режим отображения S&B и
тоже снимите Lines. Включите раскраску Mol для EGFR и для
erlotinib. Поверните EGFR так, чтобы был виден лиганд-связывающий центр с молекулой erlotinib в нем:
26
Analyze → Conformations → Play...
Просмотрите конформации эрлотиниба в лиганд-связывающем
центре EGFR, щелкая по черным треугольным стрелкам: ◄ ►.
Хорошо, если при «низких» параметрах докинга получилась хотя
бы одна конформация, похожая на исходную. Количественным критерием похожести служит root mean square deviation (rmsd) – среднеквадратичное отклонение положения пар атомов в одной конформации от положения пар атомов в другой конформации. Данные о значениях rmsd можно найти в .dlg-файле (таблица CLUSTERING
HISTOGRAM) или же в окне «плейера конформаций», щелкнув по
второй справа кнопке и отметив в открывшемся окне флажок Show
Info. Нас интересует показатель ref RMS (reference root mean square
deviation, т.е. отклонение данной конформации от изначальной, ко-
торая была получена во время рентгеноструктурного анализа). Если
он меньше 2.0 (значения даются в ангстремах), то контрольный докинг прошел неплохо, если меньше 0,5, то докинг прошел хорошо.
Можно также посмотреть, какие водородные связи образует лиганд с белком. Для этого Analyze → Macromolecule → Choose… →
→ egfr. Analyze → Dockings → Show Interactions.
Уберите режим отображения MS (и все остальные режимы отображения) egfr, приблизьте лиганд, чтобы рассмотреть его взаимодействия с белком.
Рассмотрите лиганд-белковые взаимодействия для нескольких
конформаций лиганда.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данном пособии мы познакомились с технологией докинга и
детально разобрали пример использования программы Autodock. По
данному шаблону можно попробовать изучить взаимодействия различных лигандов с белками.
Покажите результат докинга и объясните показатель RMSD в
файле dlg.
27
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что означают термины «слепой» и «прямой» докинги?
2. Что такое контрольный или редокинг?
3. Какие данные содержатся в файле .pdb в разделе EXPDATA?
4. Что за информация находится в разделе ATOM в файле .pdb?
5. Что за информация находится в разделе HETATM в файле
.pdb?
6. Что делает программа ADT, когда мы выполняем команду
Edit → Atoms → Assign AD4 type?
7. Что делает программа ADT, когда мы выполняем команду
Edit → Charges → Compute Gasteiger?
8. Что делает программа ADT, когда мы выполняем команду
Edit → Hydrogens → Add?
9. Что такое торсионная или вращающая связь?
10. Что показывает параметр RMSD при докинге?
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
И ИНТЕРНЕТ-ИСТОЧНИКОВ
1. MGLTools 1.5.6 documentation
https://ccsb.scripps.edu/mgltools/1-5-6/
2. AutoDock Version 4.2 Updated for version 4.2. https://auto-
dock.scripps.edu/wp-content/uploads/sites/56/2021/10/AutoDock4.2.6_UserGuide.pdf
3. Autodock4 and AutoDockTools4: automated docking with selective receptor flexiblity / G.M. Morris, R. Huey, W. Lindstrom, M.F. Sanner, R.K. Belew, D.S. Goodsell, A.J. Olson // J. Comput. Chem. 2009.
30. Р. 2785-2791.
4. Virtual screening with AutoDock: theory and practice / S. Cosconati,
S. Forli, A.L. Perryman, R. Harris, D.S. Goodsell, A.J. Olson // Expert
Opin. Drug Discovery. 2010. 5. Р. 597-607.
5. A force field with discrete displaceable waters and desolvations entropy for hydrated ligand docking / S. Forli, A.J. Olson // J. Med. Chem.
2012. 55. Р. 623-638.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]