Занятие 10.

Докинг низкомолекулярных лигандов в структуру белка.

Цель занятия - ознакомиться с возможностями докинга низкомолекулярного лиганда в структуру белка и пакета Autodock Vina и Autodock tools.
Работать будем с белком лизоцимом из организма человека (LYSC_HUMAN). Структура этого белка была построена на основе гомологичного моделирования (лучшая модель, выбранная на прошлом занятии: model5.pdb.

1. 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.
   Сначала необходимо найти в банке pdb (www.pdb.org) SMILES аннотацию для NAG и сохранить ее в файле nag.smi.
   
   
2. Затем построить с помощью obgen 3D-структуру этого сахара в pdb-формате:

   obgen nag.smi > nag.mol
   babel -imol nag.mol -opdb nag.pdb

   Полученный файл: nag.pdb.
   
   
3. Скриптом prepare_ligand4.py из пакета Autodock tools я создала pdbqt-файл моего лиганда: nag.pdbqt.

   prepare_ligand4.py -l nag.pdb

4. Используя этот же скрипт, я создала pdbqt-файл белка LYSC_HUMAN model5.pdbqt.

   prepare_ligand4.py -l model5.pdb

5. В итоге я получила входные файлы. Теперь нужно 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 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). Построила файл vina.cfg.
   
   
6. Проведем первый докинг:

   vina --config vina.cfg --receptor model5.pdbqt --ligand nag.pdbqt --out nag_prot.pdbqt --log nag_prot.log

   Файлы, полученные в результате докинга: nag_prot.pdbqt и nag_prot.log.
   
   
7. В файле nag_prot.log указаны энергии трех лучших расположений и геометрическая разница между ними:

   
   
   

   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.

   
   

   Видно, что молекула лиганда свободно перемещается внутри центра связывания белка.
   
   

8. Далее я провела 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.
   Для создания pdbqt-файла воспользуемся скриптом prepare_flexreceptor4.py:

   prepare_flexreceptor4.py -r model5.pdbqt -s GLU1_ASN5_ASP13

   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

   Полученный в результате докинга файл: vina_prot_flex.pdbqt и vina_prot_flex.log.
   
   
9. Теперь просмотрим файл vina_prot_flex.log. Энергии трех лучших расположений и геометрическая разница между ними:

   
   
   

   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

   Файлы model5_rigid.pdbqt и vina_prot_flex.pdbqt были загружены в PyMOL.

   

   На первый докинг потратилось больше времени, чем на второй. Перемещенее лиганда в подвижном докинге сильнее, чем в обычном. В обычном докинге образовалась водородная связь между атомом азота остатка Trp-82 и лигандом.
   
   

10. Я создала три лиганда, где метильный радикал СH3C(=O)NH группы NAG заменен на OH, NH2 и H.
    Были получены файлы nag2.smi, nag3.smi, nag4.smi соответственно со SMILES измененных лигандов.
    Были получены pdb-файлы: nag2.pdb, nag3.pdb и nag4.pdb.
    Используя скрипт prepare_ligand4.py, получила pdbqt-файлы: nag2.pdbqt, nag3.pdbqt и nag4.pdbqt.
    Обычного докингом были получены файлы:
    для 1го лиганда: nag2_prot.log и nag2_prot.pdbqt;
    для 2го лиганда: nag3_prot.log и nag3_prot.pdbqt;
    для 3го 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	-3.8	0.000
    2	-3.8	1.231
    3	-3.7	1.083

    Для второго лиганда:
    
    

    Расположение	Энергия (ккал/моль)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)
    1	-3.9	0.000
    2	-3.8	1.767
    3	-3.8	1.703

    И для третьего лиганда:
    
    

    Расположение	Энергия (ккал/моль)	Геометрическая разница с лучшей моделью (rmsd l.b.)
    1	-4.3	0.000
    2	-4.3	1.487
    3	-4.0	1.223

    Энергии лучших моделей для всех этих 3 лигандов выше, чем энергии лучших моделей для исходного лиганда.
     
    

    
    <<Обратно на шестой семестр
    <<Обратно на главную страницу

    ©Лелекова Мария,2011