Докинг низкомолекулярных лигандов в структуру белка

Все файлы по данному практикуму находяться в папке Practice10.

Цель данного занятия ознакомится с возможностями докинга низкомолекулярного лиганда в структуру белка.
В этом занятии мы будем пользоваться пакетом Autodock Vina и Autodock tools. Это программное обеспечение распространяется бесплатно для академических пользователей.

Мы будем работать с белком лизоцимом, структура которого была построена на основе гомологичного моделирования на прошлом практикуме.

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.

1. В банке pdb находим SMILES нотацию для NAG (Это удобно сделать на странице структуры 1lmp). Сохраняем эту нотацию в файл nag.smi.

2. C помощью obgen строим 3D структуру 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 nag.pdbqt файл лиганда.

       export PATH=${PATH}:/home/preps/golovin/progs/bin
       prepare_ligand4.py -l nag.pdb
       

4. Так же, скриптом prepare_receptor4.py из пакета Autodock tools создаем prot.pdbqt файл белка.

       prepare_receptor4.py -r seq.B99990001.pdb -o prot.pdbqt
       

5. 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 мы определяем из модели комплекса, которую мы построили на прошлом занятии (Выбираем атом сахара, который, по нашему мнению, находится в центре сайта связывания и из текста pdb файла извлекаем его координаты.
   Строим файл vina.cfg с примерно таким содержанием:

   center_x=40.0
   center_y=42.0
   center_z=26.5
   
   size_x = 25
   size_y = 25
   size_z = 25
   
   num_modes = 20 
   
   Был выбран атом
   HETATM 1301  C8B NAG B 168      40.205  40.061  25.041  1.00231.75           C
   
   Соответственно, были изменены координаты центра куба:
   center_x=40.205
   center_y=40.061
   center_z=25.041
   

6. Теперь можно провести первый докинг:

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

   
   
7. энергии 3х лучших расположений и геометрическая разница между ними:

   mode |   affinity | dist from 
        | (kcal/mol) | rmsd l.b.|
   -----+------------+----------+
      1         -4.9      0.000      
      2         -4.9      2.263      
      3         -4.6      4.187    
       

   
   На рисунке изображены все состояния лиганда

   

8. 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.

   python /usr/share/pyshared/AutoDockTools/Utilities24/prepare_flexreceptor4.py -r prot.pdbqt -s CYS54_ALA103_TYR105

   и проведем докинг:

   vina --config vina.cfg --receptor prot_rigid.pdbqt --flex prot_flex.pdbqt --ligand nag.pdbqt --out vina_prot_flex.pdbqt --log vina_prot_flex.log 

9. На рисунке изображены все состояния лиганда
   
   энергии 3ех лучших расположений и геометрическая разница между ними:

   mode |   affinity | dist from 
        | (kcal/mol) | rmsd l.b.|
   -----+------------+----------+
      1         -5.1      0.000  
      2         -5.0      1.767  
      3         -5.0      1.966  
          

   Докинг с подвижными радикалами занял в разы больше времени, при этом его результаты выглядят не лучше результатов обычного докинга: лиганд также вертится на анимации.

10. Оба варианта докинга вполне могут расположить лиганд близким образом к тому, что мы получили в моделировании. Во втором случае положения меняют не только лиганд, но и аминокислоты белка, что обладает б`ольшим биологическим смыслом.

11. NAG содержит в себе СH₃C(=O)NH группу. Создадим 4 лиганда где метильный радикал этой группы будет заменен на OH, NH₂, H, Ph. Для каждого из этих лигандов проведем обыкновенный докинг.
    Были получены файлы nag2.smi, nag3.smi, nag4.smi и nag5.smi соответственно со SMILES измененных лигандов.
    Затем были получены их pdb-файлы: nag2.pdb, nag3.pdb, nag4.pdb и nag5.pdb.
    Наконец, с помощью скрипта prepare_ligand4.py были получены pdbqt-файлы: nag2.pdbqt, nag3.pdbqt, nag4.pdbqt и nag5.pdbqt.
    В результате обычного докинга были получены файлы:
    для первого лиганда: nag2_prot.pdbqt и nag2_prot.log;
    для второго лиганда: nag3_prot.pdbqt и nag3_prot.log;
    для третьего лиганда: nag4_prot.pdbqt и nag4_prot.log;
    для четвертого лиганда: nag5_prot.pdbqt и nag5_prot.log.
    В результате докинга c подвижным радикалом были получены файлы:
    для первого лиганда: vina_prot_flex2.pdbqt и vina_prot_flex2.log;
    для второго лиганда: vina_prot_flex3.pdbqt и vina_prot_flex3.log;
    для третьего лиганда: vina_prot_flex4.pdbqt и vina_prot_flex4.log;
    для четвертого лиганда: vina_prot_flex5.pdbqt и vina_prot_flex5.log.

    Таблица трех лучших расположений для каждого лиганда:

    Конформация	Радикал
    	OH	Nh2	H	Ph
    1	-4.7	-4.8	-4.5	-6.4
    2	-4.6	-4.8	-4.3	-6.1
    3	-4.6	-4.7	-4.2	-5.8

    Таблица трех лучших расположений для каждого лиганда в случае с подвижными радикалами:

    Конформация	Радикал
    	OH	Nh2	H	Ph
    1	-4.8	-4.9	-4.7	-6.7
    2	-4.8	-4.8	-4.5	-6.4
    3	-4.8	-4.7	-4.5	-6.1

---

© Sheckhireva Ksenya