Структурное выравнивание
DESCRIPTION
Структурное выравнивание. Структурное выравнивание - Структура vs Структура - Докинг Структурное моделирование ( Структура vs Структура ) - Homology modeling - Fold recognition/ Threading. Structural Alignment. Conserved 1º sequences похожие структуры - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/1.jpg)
Структурное выравнивание
• Структурное выравнивание
- Структура vs Структура
- Докинг
• Структурное моделирование (Структура vs Структура)
- Homology modeling
- Fold recognition/ Threading
![Page 2: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/2.jpg)
Structural Alignment
1) Conserved 1º sequences похожие структуры
2) Похожие структуры conserved 1º sequences
?
![Page 3: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/3.jpg)
Почему структурное выравнивание?
• Группировка/классификация белков по структурам (по схожести)
• Определение вклада отдельных аминокислот в образование 3D структуры
• Определение дистантных гомологов в белковых семействах
• Предсказание функции белков с низким уровнем sequence similarity с другими белками
• Исследования:– Структурно-функциональные отношения
– Эволюция
– Общие блоки\сайты связывания - мотивы
![Page 4: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/4.jpg)
Distance Based Matrix
A B
DDM’s
• Самый простой метод сравнения структур
• Не требует ни трансформаций, ни поворотов, ни совмещений
• Очень эффективен для поиска движений в шарнирах или локальных отличий
• Интуитивно понятная мера похожести
![Page 5: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/5.jpg)
Совмещение структур
A B
![Page 6: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/6.jpg)
Выравнивание структур белков
• Уровни описания структуры: – Atom
– Group
– Fragment
– Элементы вторичной структуры (SSE)
• Описание структуры - особенности: – Геометрия/архитектура - координаты/относительные позиции
– Топология - порядок аминокислот в белке, взаиморасположение мотивов
– Свойства - физико-химические свойства аминокислот
6
![Page 7: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/7.jpg)
Описание структурStructure I Structure II
Feature Extraction
Structure Description I
Structure Description II
Comparison Algorithm
ConstrainsScoring
Equivalence
RMSScoring
Assessment
Statistical Significant? Accurate?
•Scoring Equivalences:•Coordinate based - defined using a transformation of one structure onto the other:root mean square deviation – RMSd•Similarity of properties between equivalenced elements - conserved/similar amino acid•Similarity of relations between pairs of equivalenced elements - similar distances, internal RMSd
•Pitfalls of RMSD:•all atoms are treated equally (residues on the surface have a higher degree of freedom than those in the core)•best alignment does not always mean minimal RMSD•significance of RMSD is size dependent
•Alternative RSMDs•aRMSD = best root-mean-square deviation calculated over all aligned alpha-carbon atoms •bRMSD = the RMSD over the highest scoring residue pairs •wRMSD = weighted RMSD
( W. Taylor(1999), Protein Science, 8: 654-665.http://www.prosci.uci.edu/Articles/Vol8/issue3/8272/8272.html#relat)
![Page 8: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/8.jpg)
Поиск оптимального выравнивания
B
• Поиск наибольшего количества атомов, выравненных с наименьшим RMSD (Root Mean Squared Deviation)
• Поиск баланса между локальными областями с очень хорошим выравниванием и общим выравниванием
![Page 9: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/9.jpg)
Требования для сравнения структур
1. Какой атом структуры A соответствует другому атому структуры B?
Вариант ответа – в выравнивании последовательнсотей
THESESENTENCESALIGN----NICLEY
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
THE—SEQ--ENCE--ALIGNEDNICELY
2. Позиции\координаты атомов в структуре? Ответ: PDB-файлы (Dihedral angles, bond lengths …)
9
How good is a particular choice How good is a particular choice of heuristic and what is the of heuristic and what is the computational cost of the computational cost of the search?search?
![Page 10: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/10.jpg)
Локальное выравнивание вторичных структур
Поиск первичного выравнивания двух белков при помощи динамического программирования для векторов вторичной структуры
A B
![Page 11: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/11.jpg)
Сопоставление атомов
• Применение жадных методов ближайшего соседа для минимизации RMSD между Cα атомами пробы и шаблона (i.e. поиск локальных минимумов в пространстве выравнивания)
![Page 12: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/12.jpg)
Core Superposition
Поиск лучшего выравнивания последовательно идущих Cα атомов и минимизация RMSD между ними
![Page 13: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/13.jpg)
RMSD в множественном выравнивании структур
A B
![Page 14: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/14.jpg)
RMSD без выравнивания
• 0.0-0.5 Å -> Essentially Identical
• <1.5 Å -> Very good fit
• < 5.0 Å -> Moderately good fit
• 5.0-7.0 Å -> Dubious relationship
• > 7.0 Å -> Structurally related
• > 12.0 Å -> Completely unrelated
![Page 15: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/15.jpg)
Пример: Zinc Fingers
248 atoms RMS = 1.42Å
3znf and 4znf
30 CA atoms RMS = 0.70Å
![Page 16: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/16.jpg)
Сервера для выравнивания структур
• LOCK - hierarchical protein structureSuperposition
• 3dSearch - fast secondary structuresuperposition
• CE - Tools for 3-D Protein Structure Comparison and AlignmentUsing the Combinatorial Extension (CE) Method (no hetero atoms).
•Дополнительная информация об алгоритмах
•http://cmgm.stanford.edu/~brutlag/Papers/singh00.pdf
![Page 17: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/17.jpg)
Алгоритмы структурного выравнивания
Distance based methods: DALI (Holm and Sander): Aligning scalar distance plots (similarity between the 2-D distance
matrices)
STRUCTAL (Gerstein and Levitt): Dynamic programming using pair wise inter-molecular distances
SSAP (Orengo and Taylor): Dynamic programming using intra-molecular vector distances MINAREA (Falicov and Cohen): Minimizing soap-bubble surface area
Vector based methods:
VAST (Bryant): Graph theory based secondary structure alignment 3dSearch (Singh and Brutlag): Fast secondary structure index lookup
Both
LOCK (Singh and Brutlag): Hierarchically uses both secondary structure vectors and atomic distances
![Page 18: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/18.jpg)
Docking и Scoring
![Page 19: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/19.jpg)
How Do You Du(o)ck?
![Page 20: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/20.jpg)
Ресурсы
Reviews in computational chemistry, vol. 17, 2001, 1-59http://www.zbi.uni-saarland.de/zbi/stud/lehrveranstaltungen/ws01/bioinformatikI/materialien/PL-Docking.pdfReviews in comp. chem., Vol 17. 2001. Ed. Kenny B. Lipkowitz, Donald B. Boyd
![Page 21: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/21.jpg)
Почему докинг?
Молекулярное узнавание – центральный феномен в биологии• Ферменты Субстраты• Рецепторы Сигналы (лиганды)• Антитела Антигены
Классификация проблем докинга • Докинг белок-лиганд
–Rigid-body докинг–Flexible докинг
• Докинг белок-белок• Докинг белок-ДНК
![Page 22: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/22.jpg)
Проблема молекулярного докинга
Дано: две молекулы в 3D с атомарным разрешением:
• Связываются ли они друг с другом? Если да:• Как выглядит комплекс?• Насколько сильно связывание?
Структуры белок-лиганд• X-ray (PDB: 20946 entries from X-ray)• NMR
Важность 3D структур• Разрешение < 2.5Å• Проблема моделирования гомологов
![Page 23: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/23.jpg)
Основные принципыСвязывание молекул основано на взаимодействии
• H-связи, солевые мостики, гидрофобные контакты, эдектростатические взаимодействия
• Очень сильное отталкивающее влияние VdW на коротких дистанциях.
Случайные взаимодействия – слабые и короткие.• Сильное связывание предполагает комплементарность
поверхностей.Большинство молекул гибкие.
![Page 24: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/24.jpg)
Binding Affinity
Склонность к связыванию – энергетическая разность между связанным и свободным состояниями.
• Среда (обычно вода) играет важную роль.• Энтропия вносит значимый вклад.
Binding affinity описывает комплекс, а не единичные структуры.
![Page 25: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/25.jpg)
Applications
Оценка склонности к связыванию• Поиск ключевых структур для белка\ов
(виртуальный скрининг).• Оценка влияния модификаций ключевых
структур.• Дизайн лигандов De Novo.• Создание библиотек.
Предсказание молекулярных комплексов.• Распознавание вида связывания.• Оптимизация ключевых структур.
![Page 26: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/26.jpg)
Docking и Scoring
Идентификация верного связывания лиганда с активным сайтом
• Пробы• Spatial DOF• Internal DOF
Идентификация верного связывания по наименьшей энергии
• Функции скоринга - оценка
ТребованияХарактеристки
![Page 27: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/27.jpg)
Требования и характеристики
Требования• Осуществить докинг и его оценку для базы
структурно различных (гипотетически) соединений.• Идентифицировать weak binders среди non-binders.• Идентифицировать как минимум одно соединение с
низкой IC50 mM активностью.• Оценить ~10000 лигандов в день на процессор.• RMS между экспериментом и моделью дока < 2Å -
допустимо.
Характеристики• Высокий уровень false positives и false negatives.• Отсутствие универсальной функции оценки.
![Page 28: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/28.jpg)
False Positive и False negative
База данных – 100000 соединений, среди которых 20 - хорошо связывающихся.
При 50% false negatives имеем 10 binders.
При 1% false positives имеем 1000 false positives.
Если мы можем лабораторными методами проверить 50 50 молекул (серьезный труд) из 1010 позитивных хитов, то 60% за то, что мы не получим ни одного верного соединения.
Для того, чтобы достичь 90% успеха в определении верного хита уровень false positives должен быть 0.2%
Допустим
![Page 29: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/29.jpg)
Что такое Docking?
• Вычислительный подход к предсказанию взаимодействий между белками или между белками и другими молекулами (лигандами)
• Предположение: компоненты, которые хорошо стыкуются, могут и связываться друг с другом.
• Предсказание какие протеины могут взаимодействовать друг с другом
• Предсказание сайтов для такого взаимодействия
• Автоматизированное предсказание для белок–лекарственного взаимодействия
• Улучшение и облегчение инженерии белков и разработки лекарств (drug design)
![Page 30: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/30.jpg)
Docking – почему это важно?
• Биомолекулярные взаимодействия – ядро всех регуляторных и метаболических процессов.
• Роль компьютерного анализа возрастает, поскольку растут объёмы баз данных известных структур.
• Увеличение вычислительных мощностей позволяет производить более детальный анализ и предсказание молекулярных взаимодействий.
• Автоматизированное предсказание молекулярных взаимодействий – ключ к рациональной разработке новых лекарств.
![Page 31: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/31.jpg)
Цели докинга
• Для двух заданных биомолекул определить:
1. Могут ли они взаимодействовать согласно Gibbs free energy
Есть ли такая энергетически выгодная ориентация двух молекул,
при которой одна может модифицировать функцию\свойства
другой?
Могут ли две молекулы «соответствовать» друг другу в каком-
либо энергетически выгодном состоянии?
2. Если могут, то какова их ориентация, которая сделает взаимодействие
максимальным при минимизации общей «энергии» комплекса?
• Цель: Найти такие молекулы в базах данных молекулярных структур.
![Page 32: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/32.jpg)
Docking – Совмещение (Superposition)
• Найти матрицу трансформации, которая наилучшим образом перекроет стол и стул. Иными словами найти такую матрицу трансформации, которая минимизирует RMS между соответствующими точками стола и стула.
• Соответствия:
• Верх стула – верх стола
• Бок стула – бок стола и т.д.
![Page 33: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/33.jpg)
Алгоритм абсолютной ориентации
Ключ – нахождение соответствующих точек между двумя структурами
Docking – Совмещение (Superposition)
![Page 34: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/34.jpg)
Docking – почему это так непросто?
Обе молекулы гибкие и могут изменять друг друга во время взаимодействия:
• Степени свободы
• Допустимые конформации
![Page 35: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/35.jpg)
Белок-белковое взаимодействие
• Обе молекулы рассматриваются как rigid bodies (но можно и иначе!).
• Огромная область для поиска (6 dof: 3 поворота, 3 перемещения)
• Стерические/энергетические ограничения для уменьшения области поиска.
![Page 36: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/36.jpg)
Полости, впадины и взаимодействие
•CASTp Идентификация и характеризация областей на поверхности (и внутренних, недоступных для взаимодействия) белков и иных молекул. •MolSurfer Белок-белковые интерфейсы •PASSБыстрое определение и визуализация впадин для предсказания сайтов связывания•Surface RacerРасчет доступной дл явзаимодействия поверхности, её кривизны и впадин (включая внутренние). •SURFNETПоверхности и доступные области на молекулярных поверхностях•ASC Набор скриптов для расчета поверхностей на базе PDB файла
![Page 37: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/37.jpg)
CAPRI
• CAPRI: Critical Assessment of PRediction of Interactions
First community wide experiment on the comparative evaluation of protein-protein docking for structure prediction
Hosted By EMBL/EBI-MSD Group
![Page 38: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/38.jpg)
Жесткий докинг
Допущения• Ригидный белок• Ригидный лиганд
Применения метода• Докинг малых или очень ригидных молекул.• Докинг фрагментов (гибкий докинг дизайн De
Novo).• Докинг по базе мульти-конформеров.
![Page 39: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/39.jpg)
The Clique MethodСопоставляем подходящие точки/характеристики двух молекул (рецептора и лиганда).
1. Для N сайтов рецептора и n сайтов лиганда образуем N x n узлов.2. Для каждой пары узлов определяем Δd = D receptor sites – D ligand sites.3. При Δd < ε, соединяем узлы линиями.4. A clique – подграф, в котором все узлы соединены между собой.
A
BC
D
рецептор
b
ca
лиганд
Aa
Ab
Ba
Ca CbAc
BcBb
Cc
Da
Db
Dc
Distance compatibility graph
![Page 40: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/40.jpg)
The Dock Programhttp://www.cmpharm.ucsf.edu/kuntz/dock35/dock_demo.html
X-ray structure of HIV protease Connolly surface for active site
Active site заполнен сферами. Их центры – потенциальные места для атомов лиганда.
![Page 41: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/41.jpg)
The Dock Program
Центры сфер соответствуют атомам лиганда. Используя clique technique (до 4 точек на cliques), можно определить возможные ориентации лиганда. Обычно генерируется несколько десятков тысяч ориентаций для каждой молекулы.
Лиганд представляется как перекрывающиеся сферы (или как атомы)
ScoringShape scoring – используя аппроксимацию: Lennard-Jones potential.Electrostatic scoring – ПО DELPHI , расчет электростатического потенциала.Force-field scoring – потенциал AMBER.
Модель с наивысшим score vs X-ray структура
![Page 42: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/42.jpg)
Гибкий докинг: ДопущенияГибкость лиганда ограничена торзионными углами + кольцевыми структурами.
• Конформационные ансамбли–Жесткий докинг пула конформаций для каждой
молекулы (DOCK).• Фрагментация лиганда
–Постепенно наращиваемые конструкции (FlexX)–«Вписываем-соединяем»
• Явный конформационный поиск–Генетические алгоритмы (GOLD)–Monte Carlo (LigandFit)
• СимуляцииБелок рассматривается как почти полностью жесткая молекула
• Множественные модели белка (FlexE)• Симуляции
![Page 43: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/43.jpg)
Гибкий докинг: Применения
Анализ комплексов, поиск возможных вариантов связывания.
Виртуальный скрининг по базам малых молекул.
![Page 44: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/44.jpg)
Incremental Construction
Стратегия• Разбиение молекулы на фрагменты.• Вставка одного или нескольких фрагментов в активный
сайт, игнорируя положение остальных.• Последовательное добавление остальных фрагментов.
Стратегия поиска• Жадный поиск: После добавления фрагмента – выбор
конформацию с наивысшей оценкой. Остальные отбрасываем.
–Линейный масштаб от количества фрагментов.–Без учета возможных взаимодействий между
фрагментами.
![Page 45: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/45.jpg)
The FlexX Programhttp://cartan.gmd.de/flexx/
Взаимодействия белок-лиганд описываются типами и геометрией.Типы взаимодействия делятся на группы и «антигруппы».
Уровень взаимодействия - геометрия.Чем выше уровень, тем более строгие требования к геометрии взаимодействия.
Group Counter group Level
Hydrogen bond acceptor Hydrogen bond donor 3Metal acceptor Metal 3Aromatic ring atom, methyl, amide Aromatic ring center 2Aliphatic carbons, aromatic carbons, sulfur 1
![Page 46: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/46.jpg)
Геометрия взаимодействияВзаимодействие между группой A лиганда и группой B белка наблюдается, если:1. Группа взаимодействия B находится в антигруппе A.2. Центр взаимодействия A лежит примерно на
поверхности взаимодействия B и наоборот.
O Центр взаимодействия
Поверхность взаимодействия
O
HN
H-bond donor
H-bond acceptor
![Page 47: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/47.jpg)
Геометрия взаимодействия
Hydrogen bonds (3)
Hydrophobic:Aromatic (2)
Hydrophobic: Aliphatic (1)
![Page 48: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/48.jpg)
Гибкость белков
• Protein flexibility and drug design: how to hit a moving target
• Несмотря на миллионы лет эволюции, создававшей рецепторы, которые могут распознавать специфический лиганд мы все ещё можем идентифицировать молекулы, которые связываются с ним с большей афинностью
• Сайт связывания может взаимодействовать с множеством молекул – существует возможность реорганизации сайта с относительно небольшим «штрафом» для соответствия малой молекуле.
• Двойная природа сайта связывания– высокая стабильность и высокая гибкость (зачастую большая, чем у белка в целом).
• Парадигма «Ключ-замок» устарела. Белок – совокупность предопределенных состояний.
Carlson/ Curr. Op. Chem. Biol. 2002, 6: 447-452.
![Page 49: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/49.jpg)
Решения
Использование единичной структуры белка в эксперименте докинга может пропустить возможное взаимодействие
Cross docking• Докинг всех лигандов на все имеющиеся структуры
белка с дальнейшим объединением в ранжированный список.
• Ограничено имеющимися конформациями белка.Protein flexibility
• FlexE–Включает все комбинации структур белка.
![Page 50: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/50.jpg)
Гибкость белков
![Page 51: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/51.jpg)
Взаимодействие «Белок-Лиганд»
Идентификация сайтов взаимодействия между белком (rigid body) и подвижной, гибкой малой молекулой (лигандом)
Очень большое поле поиска
Рассматривать лиганд как rigid body
Или как фрагменты rigid body, соединенные гибкими связками.
Метод Монте-Карло или MD.
![Page 52: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/52.jpg)
Лиганд2 типа:
-Связывание средней силы, но в конформации c минимальной свободной энергией (most populated).
или
- Сильное связывание с менее выгодной конформацией (less populated). Связывание может сдвигать распределение (induced-fit system).
![Page 53: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/53.jpg)
Взаимодействие «белок-лиганд». Серверы
LPC-CSU Server: Предсказание контактов «лиганд-белок» и контактов структурных элементов
LigBase: Структурная БД сайтов связывания
![Page 54: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/54.jpg)
Multiple Protein Structure•Abl связывается с STI-571 в неактивной конформации петли Abl.
•Abl связывается с PD173955 – «петля активации» в иной конформации (активная киназа).
Nagar et al./ CANCER RESEARCH 62, 4236–4243, August 1, 2002
![Page 55: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/55.jpg)
MPS
Nagar et al./ CANCER RESEARCH 62, 4236–4243, August 1, 2002
![Page 56: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/56.jpg)
Grid Based Dock Scoring• Сначала - Расчет вероятных взаимодействий
•Построение сети – объем такой же, как и у белка
• Расчет стерических и электростатических взаимодействий в каждой точке сети
• Ориентация лиганда – scoring суммированием взаимодействий с точками сети
Пренебрегаем:
• электростатические взаимодействия с растворителем
• изменения энтропии
• изменения конформации белка
![Page 57: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/57.jpg)
Drug Design
![Page 58: Структурное выравнивание](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062222/5681526b550346895dc09dcb/html5/thumbnails/58.jpg)
Drug Design
~6-7 лет. 3 фазы