Метод явного учета конформационной фокусировки лиганда при связывании с белком-мишенью



Pdf көрінісі
Дата23.10.2018
өлшемі65.28 Kb.
#91903

Метод явного учета конформационной 

фокусировки лиганда при связывании с 

белком-мишенью

Зейфман А.А., Стройлов В.С., Строганов О.В., Новиков Ф.Н., Чилов Г.Г.

 

Федеральное государственное бюджетное 



учреждение науки Институт органической 

химии им. Н.Д. Зелинского Российской 

академии наук

Конформационная фокусировка (КФ)

Конформационная фокусировка –процесс перехода альтернативных конфор-

маций лиганда в связывающуюся с белком конформацию



Среднее число вращаемых связей в лекарстве – 5.5, 

ожидаемое количество конформеров – 45-420

a

a

Proudfoot, J. R., Bioorg. Med. Chem. Lett. 2005, 15, 1087-1090



КФ в молекулярном докинге и методах 

молекулярной механики



Молекулярный докинг

Методы ММ (FEP, TI

#

)

• Заселжнность конформеров

полностью игнорируется

• КФ может вносить ошибку до 10 

ккал/моль в результаты докинга

a

• Учитывается заселжнность 



сэмплируемых конформеров

• Не учитываются заторможенные 

конформационные переходы

a

Tirado-Rives, J.; Jorgensen, W. L. J Med Chem 2006, 49 (20), 5880-4



#

FEP – Free Energy Perturbation, TI – Thermodynamic Integration



Метод FEP

R-X


R-(X


0,5

Y

0,5



)

R-Y



λ=0

λ=0,5


λ=1

R-X


R-Y

R-X


R-Y

Раствор

Белок

Расчжт относительной свободной энергии связывания 

лигандов с белками

Метод статистической термодинамики, позволяющий на основании

результатов молекулярной динамики определить разницу свободных

энергий двух систем A и B


Конформационное равновесие лиганда

Конформационное равновесие лиганда

Конформационное равновесие лиганда

• Квантово-химический расчжт

+ Отсутствие параметризации

– Неявный учжт сольватации

– Расчжт энергии в точке

• Молекулярно-механический расчжт

+ Явный учжт растворителя

+ Усреднение по термодинамическому ансамблю

– Параметризация лиганда



Методы ММ расчжта энергии конформационных переходов:

1. Двухтопологический FEP

2. Метод потенциала средней силы

3. «Ускоренное» сэмплирование



Расчжт ΔG конформационного перехода методом 

FEP


λ

φ

0

, °

H

C



O

N

H



CH

3

H



C

O

N



H

CH

3





Валидация: N-метилформамид

4

5

6

7

0

500

1000

1500

2000

Δ

G

, к

Дж

/мол

ь

t, пс

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Δ

G, 

к

Д

ж



ол

ь

λ

H

C



O

N

CH



3

H

H



C

O

N



CH

3

H



H

C

O



N

H

CH



3

Объект исследования: ингибиторы Syk-киназы*

Ингибитор Syk-киназы таматиниб (R406, Rigel) проходит клинические 

испытания от ревматодиного артрита и неходжкинской лимфомы

IC

50



=11 нМ

MT-030


IC

50

=40 нМ



MT-037

IC

50



>10000 нМ

MT-050


IC

50

>10000 нМ



R406

Zeifman A. et al. Mendeleev Communications22, 73-34

Фокусировка ингибиторов Syk-киназы

Обозначения конформеров

«Вспомогательное» вращение второго цикла

0000

1000

λ=0

λ=0.5

λ=1

Фокусировка ингибиторов Syk-киназы

Обозначения конформеров

«Вспомогательное» вращение второго цикла

0000

1000

λ=0

λ=0.5

λ=1

Фокусировка ингибиторов Syk-киназы

Обозначения конформеров

«Вспомогательное» вращение второго цикла

0000

1000

λ=0

λ=0.5

λ=1

Заселжнность конформеров ингбиторов Syk-

киназы


Конформер

Относительная заселжнность

R406


MT-030

MT-050


MT-037

0000

1.00


1.31

1.00


1.50

1.00


2.75

1.00


0001

0.54


0010

0.73


0.95

0.61


0.63

5.97


11.67

12.4


0011

3.64


0100

0.01


0.00

4.14


3.26

0.72


0.41

12.55


0101

2.49


0110

0.01


0.00

3.48


4.75

1.39


1.11

79.93


0111

34.12


1000

0.05


0.05

0.00


0.00

0.53


0.46

0.00


1001

0.00


1010

0.02


0.02

0.00


0.00

6.17


7.46

0.01


1011

0.00


1100

0.00


0.00

0.00


0.00

0.00


0.00

0.01


1101

0.00


1110

0.00


0.00

0.00


0.00

0.00


0.00

0.05


1111

0.01


ΔG

cf



кДж/моль

1,8±0,5


5,6±0,5

7,4±1,1


12,4±0,6 (0)

14,0±0,7 (1)



Конформер

Относительная заселжнность

R406


MT-030

MT-050


MT-037

0000

1.00


1.31

1.00


1.50

1.00


2.75

1.00


0001

0.54


0010

0.73


0.95

0.61


0.63

5.97


11.67

12.4


0011

3.64


0100

0.01


0.00

4.14


3.26

0.72


0.41

12.55


0101

2.49


0110

0.01


0.00

3.48


4.75

1.39


1.11

79.93


0111

34.12


1000

0.05


0.05

0.00


0.00

0.53


0.46

0.00


1001

0.00


1010

0.02


0.02

0.00


0.00

6.17


7.46

0.01


1011

0.00


1100

0.00


0.00

0.00


0.00

0.00


0.00

0.01


1101

0.00


1110

0.00


0.00

0.00


0.00

0.00


0.00

0.05


1111

0.01


ΔG

cf



кДж/моль

1,8±0,5


5,6±0,5

7,4±1,1


12,4±0,6 (0)

14,0±0,7 (1)

Заселжнность конформеров ингбиторов Syk-

киназы


Конформер

Относительная заселжнность

R406


MT-030

MT-050


MT-037

0000

1.00


1.31

1.00


1.50

1.00


2.75

1.00


0001

0.54


0010

0.73


0.95

0.61


0.63

5.97


11.67

12.4


0011

3.64


0100

0.01


0.00

4.14


3.26

0.72


0.41

12.55


0101

2.49


0110

0.01


0.00

3.48


4.75

1.39


1.11

79.93


0111

34.12


1000

0.05


0.05

0.00


0.00

0.53


0.46

0.00


1001

0.00


1010

0.02


0.02

0.00


0.00

6.17


7.46

0.01


1011

0.00


1100

0.00


0.00

0.00


0.00

0.00


0.00

0.01


1101

0.00


1110

0.00


0.00

0.00


0.00

0.00


0.00

0.05


1111

0.01


ΔG

cf



кДж/моль

1,8±0,5


5,6±0,5

7,4±1,1


12,4±0,6 (0)

14,0±0,7 (1)

Заселжнность конформеров ингбиторов Syk-

киназы


ΔG

cf



кДж/моль

Относительная заселжнность

R406


MT-030

MT-050


MT-037

Вода

1,8


5,6

7,4


12,4

Вакуум

0,3


3,1

2,7


10,6

Заселжнность конформеров ингбиторов Syk-

киназы: вода vs вакуум

MT-050


Расчжт относительной свободной энергии 

связывания ингибиторов Syk-киназы



Эксперимент, 

расчжт, 

расчжт+КФ

Результаты и выводы

Конформационная фокусировка необходима для корректного расчжта 



свободной энергии связывания лигандов с терапевтическими 

мишенями


Сольватация существенно влияет на распределение конформеров и на 

итоговую энергию конформационной фокусировки

Разработанный метод позволяет рассчитывать свободную энергию 



конформационной фокусировки с явным учжтом растворителя и 

усреднением по термодинамическому ансамблю состояний с высокой 

точностью (ошибка ~1 кДж/моль) и хорошей параллелизуемостью

(~100 процессоров на двугранный угол)





Достарыңызбен бөлісу:




©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет