Structure-Based Inhibitor Discovery

Source: http://www.cgl.ucsf.edu/Research/shoichet/

Brian Shoichet ¹, John J. Irwin ¹, P. Therese Lang ¹, Eric Pettersen ² şi Elaine Meng ²

¹ Catedra de Chimie Farmaceutică
la Universitatea din California, San Francisco

² de Resurse pentru Biocomputing, vizualizare, si Informatica
Universitatea din California, San Francisco

Context
tranzitorii non-covalenti interactiuni sunt critice pentru procesele biologice. Secventierea de o varietate de genomi si dezvoltarea unor tehnici proteomica au permis oamenilor de stiinta sa studieze aceste interactiuni pe scara cea mai larga [1]. Progresele in X-cristalografie cu raze, spectroscopie de rezonanta magnetica nucleara, precum si alte tehnici experimentale structura ofera abilitatea de a studia aceste interactiuni la un nivel atomic de detaliere [2]. O aplicatie importanta a acestor avansuri este proiectarea de molecule mici, care interactioneaza cu procesele celulare de a modifica activitatea biologica si tratarea bolilor.

Procesul de descoperire de droguri de obicei, necesita intre 10-15 ani de la descoperirea timpurie pana la aprobarea FDA [3]. Instrumente de calcul, cum ar fi screening-ul virtuale, modelare si omologia cheminformatics sunt aplicate atat pentru a facilita diferite stadii de cercetare si de a crea modele care sa explice datele experimentale [4-6]. Moleculara de andocare, care pot fi definite in linii mari ca de predictie de orientare a doua molecule cu privire la unul pe altul, este o tehnica de calcul care a fost utilizat cu succes in ambele aceste capacitati [7]. In aplicatii de proiectare de droguri, o molecula este de obicei o proteina sau de acid nucleic tinta de droguri - receptor - si cealalta este o molecula mica care va fi examinat ca un drog presupuse - ligand. Andocare este folosit pentru a identifica noi liganzi care interactioneaza cu un obiectiv biomoleculare si pentru a anticipa pozitia geometrica (mod obligatoriu) de liganzi cu privire la obiectivul de interes.

DOCK [8] este un exemplu dintr-o familie de pachete de andocare moleculare disponibile, care include Glide, FlexX, si GOLD [9-11]. Motivatia noastra in curs de dezvoltare DOCK este de a oferi un pachet de andocare modular care permite dezvoltarea de functii usor de notare noi, algoritmi de cautare, si instrumente de analiza. Astfel, fiecare unitate functionala a algoritmului DOCK a fost implementat ca un modul de sine statator si portabile care interactioneaza cu utilizatorul printr-o interfata bine definit. Limba orientat-obiect C++ a fost ales pentru a permite fiecarei componente a algoritmului DOCK sa fie puse in aplicare ca o clasa, care incapsuleaza atat a structurilor de date si functii [12]. DOCK 5 incorporeaza mai multe rutine de noi, inclusiv paralelizarea a algoritmului printr-o biblioteca externa, modificarea clasei structurale ligand pentru a permite un control mai mare asupra ghidul de prelevare de probe, si de grupare a rezultatelor finale de catre radacina medie patrata abatere. In Dock 6 (lansat in iulie 2006), functii suplimentare de notare sunt puse in aplicare, inclusiv una care comunica usor cu AMBER [13] moleculara dinamica pachet. Mergand mana in mana cu dezvoltarea de DOCK in sine este dezvoltarea de instrumente pentru a facilita pregatirea de intrare DOCK si examinarea de iesire DOCK. Colaborarea cu RBVI a produs extinderea Prep. Dock la Chimera pentru necesitatea de fosta si extinderea ViewDock pentru acesta din urma.

Prep. Dock
Cercetatorii pregatirea structurilor ca intrari in DOCK de obicei, trebuie sa isi indeplineasca mai multe sarcini, inclusiv:

• Stergerea molecule de solvent
• Stergerea locatii alternative de atomi de
• Adaugarea de atomi de H
• Schimbarea reziduuri modificate pentru a reziduurilor standard corespunzatoare pentru care este forta parametrii de camp sunt disponibile (de exemplu, schimbarea selenomethionine la metionina)
• Repararea lanturi trunchiat adverse
• Identificarea in mod corespunzator tipurile de atom in reziduuri nestandarte, cum ar fi cofactori si liganzi
• Alocarea taxe partiale atomi
• Salvarea structurilor prelucrate in format Mol2

Sarcina trecut, in special, a constrans utilizatorii DOCK la utilizarea comerciala programul SYBYL ®, care, la randul sau, a limitat drastic utilizarea DOCK in comunitatea academica. Motivatia pentru dezvoltarea Prep. Dock a fost de a simplifica sarcinile mentionate mai sus intr-un instrument care ar fi in mod liber la dispozitia cercetatorilor academice.

In timp ce eliminarea de atomi nedorite si adaugarea de atomi de H ar putea fi deja facut separat in Chimera, integrarea lor in interfata Prep. Dock, impreuna cu mai multe noi capacitati a simplificat in mod semnificativ structura de pregatire. Interfata permite fiecare sarcina sa fie activate sau dezactivate in functie de situatie. Dock Prep foloseste hidrogen-obligatiuni-ghidate de plasare pe baza de hidrogen, care a fost demonstrat de a imbunatati rata de succes de andocare [8]. Lanturi trunchiate amino acizi adverse sunt restaurate folosind fie o coloana vertebrala-dependenta [15] sau coloana vertebrala independent [16] rotamer biblioteca, asa cum se specifica de catre utilizator. AMBER diferite [13] stabileste taxa sunt disponibile pentru aminoacizi standard si reziduuri de acid nucleic. Abilitatea de a calcula taxele de reziduuri nestandarte si harta lor tipuri de Chimera atom la atom tipuri SYBYL este asigurata de anticamera programul [14], acum inclus cu Chimera.

O alta facilitate adaugata in primul rand pentru utilizatorii DOCK este capacitatea de a salva suprafete moleculare in MS / DMS format. In multe aplicatii de DOCK, sfere sunt utilizate pentru a caracteriza "volumul negativ" a site-ului obligatoriu. Programul sphgen, a inclus cu DOCK de calcul astfel de sfere, necesita o suprafata punct de intrare moleculara in MS / DMS format. Anterior, generand astfel o suprafata necesara rularea unui separat obtinut, program non-grafice. Acum, cu Chimera, utilizatorii pot afisa cu usurinta suprafata moleculare, limita acesteia, situs de legare presupune, si scrie-l in formatul solicitat de catre sphgen.

ViewDock
ViewDock ofera o interfata convenabila de a privi liganzi andocat in cadrul site-ului receptorului si prioritizarea lor de diverse criterii. Imbunatatirile aduse ViewDock continua, inclusiv numarare a voturilor legaturile de hidrogen intre fiecare ligand si receptor, reprezentand scorurile totale si componente DOCK ca histograme, folosind filtrarea liganzi selectii de la una sau mai multe histograme, diagrame si desen 2D chimice. Desi dezvoltarea de ViewDock nu a fost la fel de activ ca Dock Prep., aceasta este inca o zona importanta de dezvoltare colaborare cu RBVI.