Докинг низкомолекулярных лигандов в структуру белка.

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.
Для этого вначала 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 скрипта prepare_ligand4.py из пакета Autodock tools был создан pdbqt-файл лиганда NAG nag.pdbqt:
```
prepare_ligand4.py -l nag.pdb
```
С помощью того же скрипта был создан pdbqt-файл белка LYSC_HUMAN model5.pdbqt:
```
prepare_ligand4.py -l model5.pdb
```
Итак, мы получили 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 центором. Координаты центра определим из модели комплекса, построенной на прошлом занятии. Выберем атом сахара, находящийся в центре сайта связывания (например, атом C7B), и извлечемиз текста pdb-файла model5.pdb его координаты (40.394, 40.690, 26.623). Создадим по этим данным файл vina.cfg.
Теперь можно провести первый докинг:
```
vina --config vina.cfg --receptor model5.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)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)
1	-5.9	0.000
2	-5.6	2.004
3	-5.5	1.690

Файлы nag_prot.pdbqt и model5.pdbqt. были загружены в PyMOL.
Все состояния на одной картинке изображены ниже:

Молекула лиганда свободно перемещается внутри центра связывания белка.

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 (Trp-82, Asp-120 и Glu-53).
Для создания pdbqt-файла воспользуемся скриптом prepare_flexreceptor4.py:
```
prepare_flexreceptor4.py -r model5.pdbqt -s TRP82_ASP120_GLU53
```
В результате были получены файл model5_flex.pdbqt и model5_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)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)
1	-5.1	0.000
2	-4.9	1.409
3	-4.9	1.337

Время, затраченное на докинг, куда больше времени, затраченного на первый докинг.
Файлы model5_rigid.pdbqt и vina_prot_flex.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).
Однако, стоит отметить, что лучше с задачей справился обычный докинг, а не подвижный.

Создадим три лиганда, где метильный радикал СH3C(=O)NH группы NAG заменен на OH, NH2 и H.
Для этого были получены файлы nag2.pdb, nag3.smi и nag4.smi соответственно со SMILES измененных лигандов.
Затем были получены их pdb-файлы: nag2.pdb, nag3.pdb и nag4.pdb.
Наконец, с помощью скрипта prepare_ligand4.py были получены pdbqt-файлы: nag2.pdbqt,nag3.pdbqt и nag4.pdbqt.
В результате обычного докинга были получены файлы:
для первого лиганда: nag2_prot.log и nag2_prot.pdbqt;
для второго лиганда: nag3_prot.log и nag3_prot.pdbqt;
для третьего лиганда: nag4_prot.log и nag4_prot.pdbqt.

Таблица трех лучших расположений для первого лиганда:

Расположение	Энергия (ккал/моль)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)
1	-5.0	0.000
2	-5.0	1.993
3	-4.9	2.072

Для второго лиганда:

Расположение	Энергия (ккал/моль)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)
1	-5.1	0.000
2	-5.0	3.014
3	-4.8	1.957

И для третьего лиганда:

Расположение	Энергия (ккал/моль)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)
1	-4.8	0.000
2	-4.8	2.219
3	-4.8	1.338

Изображение результата докинга для первого лиганда представлено ниже:

Изображение результата докинга для второго лиганда представлено ниже:

Изображение результата докинга для третьего лиганда представлено ниже:

Интересно, что второй и третий лиганды в нескольких состояниях вышли за пределы центра связывания и оказались в совершенно другой части белка.