Radosti a strasti dokování

Prezentace na téma: "Radosti a strasti dokování"— Transkript prezentace:

1 Radosti a strasti dokování
V. Bazgier1, K. Berka2 1 Katedra fyzikální chemie, CR Haná, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci, 17. listopadu 12, Olomouc, CZ, 2 Katedra fyzikální chemie, RCPTM, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci, 17. listopadu 12, Olomouc, CZ,

2 Dokování Molekulární dokování
Hledání nejlepšího „fitu“ mezi receptorem a ligandem Bill Watterson: Calvin a Hobbes

3 Dokování Výpočetní metoda, která mimikuje vazbu ligandu na protein
Predikuje pózu molekuly ve vazebném místě =geometrie Vazebnou afinitu (skóre) reprezentující sílu vazby =energie Image credit: Charaka Goonatilake, Glen Group, University of Cambridge.

4 Skórovací funkce Test vracení ligandu do krystalu CYP Autodock Vina
DOCK s různými nábojovými sety Gasteiger AM1-BCC (na náboji záleží) AutoDock 4.2 Diplomová práce Miroslav Brumovský, MU, 2013

5 Vývoj skórovacích funkcí
2 problémy: Generování struktur a jejich hodnocení Úprava repulze vedla k zlepšení skorovací funkce ale bohužel za cenu výrazného zpomalení algoritmu Bazgier, Banáš, Berka, Otyepka, in preparation

6 CDK2 kináza Regulace buněčného cyklu
Vývoj inhibitorů (Vina - rychlost) Problém s konformacemi ligandů (planární NH vedle aromatického kruhu, torze bifenylů) DFT scan vz dokovací programy Gucký T et al J. Med. Chem., 56 (15), 6234–6247, 2013 Mojzych M et al Eur. J. Med. Chem. 78, , 2014

7 Ligandy - Torzní úhly quercetin 16 kcal/mol 90 180 PDB
90 180 PDB Accelrys DSmodelling 1.2 Wu, Chien-Ming et al Int.J. Mol. Sci. 8 (2007): 830–841. GLIDE D’mello, P et al Int.J.Pharm. Sci. 3 (2011): 33–40. LigandFit, FlexX, DOCK 6.0, Autodock 4.0, MOE, Discover in Insight II, FlexiDock, Gold 3, …

8 Brassinosteroidy Rostlinné hormony Bezproblémový redocking
Dlouhý „ocas“ je důležitý pro správnou interakci s receptorem Problémy - steroidní stereochemie Active site Kvasnica M et al Steroids, 85, 58-64, 2014

9 Ligandy vstup Schema od experimentátora SDF 3D optimalizace
testosterone stereoizomerie

10 Na+/K+–ATPase Udržování homeostázy Vyhledávání vazebných míst
Fluorescenční barviva RH241 sonda Ukazuje se, že je dokování senzitivní na konformaci proteinu Havlikova M et al. Biochim. Biophys. Acta - Biomembranes, 1828(2), , 2013 Huličiak M et al. submitted, 2014

11 Cytochromy P450 (CYP) Rozsáhlá třída hemoproteinů
(>170 tis genů v rostlinách, 57 genů člověk, archea, bakterie…) Nejčastější z 50 reakcí: monooxygenace RH + O2 + 2H+ + 2e– → ROH + H2O Lidské CYPs Promiskuitní (metabolizují více substrátů) Velká regio and stereospecificita CYP2C9 (1OG2) Williams et al., Nature 424, 464, 2003

12 Co řídí specificitu CYP?
Hledání SOM (site-of-metabolism) Reaktivita (chemoinformatika) Aktivní místo (dokování) Tvar a velikost Flexibilita Dostupnost Kanály (MOLE) Uchycení v membráně (MD) Interakce s redoxními partnery

13 Reaktivita - SMARTCyp Rydberg P, Gloriam DE, Zaretzki J, Breneman C, Olsen L (2010) SMARTCyp: A 2D Method for Prediction of Cytochrome P450-Mediated Drug Metabolism. ACS Med Chem Lett 1: 96–100

14 Reaktivita – SMARTCyp ROC
ROC křivka – signal to noise ratio SMARTCyp ROC AUC 0.741 Falešně pozitivní Skutečně pozitivní Reaktivita dle SMARTCyp je relativně úspěšná Zaretzki J, Rydberg P, Bergeron C, Bennett KP, Olsen L, et al. (2012) RS-Predictor models augmented with SMARTCyp reactivities: robust metabolic regioselectivity predictions for nine CYP isozymes. J Chem Inf Model 52: 1637–1659.

15 Tvar aktivního místa SOM dle přístupu různých atomů do blízkosti k hemovému železu => Dokování do Xtals CYP2C9 (1OG2) Williams et al., Nature 424, 464, 2003

16 CYP dokování I Autodock Vina Kontrola pózy dle známých krystalů
70% predikce SOM správně Markéta Paloncýová

17 Dokování II - ROC Autodock Vina Xtaly CYP2C9 (1R9O, 1OG2, 1OG5)
Hodnocení podle první pózy Hodnocení podle všech póz AUC: 0.534 AUC: 0.722 Více dokovacích póz je lepších Miroslav Brumovsky, Diplomová práce, MU 2013

18 Flexibilita aktivního místa - Xtaly
CYP2B4 1PO5 1SUO autor

19 Flexibilita II Větší flexibilita => širší substrátová specificita
3A4 > 2C9, 2D6 > CYP1A2 50 % > 20 % > 1 % Navázání substrátu výrazně zvýší rigiditu aktivního místa (CYP2D6 + quinidine) Citace a obrázky z dotyčných pdfek Hendrychova T et al BBA - Proteins and Proteomics, 1814 (1), 58-68, 2011 Otyepka M, Berka K, Anzenbacher P. Curr. Drug. Metab., 13(2), , 2012 Berka K, et al  J. Inorg. Biochem., 110, 46-50, 2012

20 Flexibilita III Ensemble dokování Společně se SMARTCyp
SMARTCyp sám 0.741 Kombinace Více struktur z MD to zlepší (samotné jsou horší, než Xtals) ale větší samplování flexibility (>100 ns MD) chybí Miroslav Brumovsky, Diplomová práce, MU 2013

21 H1R receptor Antiallergické sloučeniny
Ensemble dokování – 100 ns MD (funguje!) Problém s dimerickými ligandy větší ligand = více interakcí = silnější vazba (arteficiálně) (dG/n(těžkých atomů) – monomery jsou aktivnější Pozharitskaya ON et al. Planta Med. 79(18), , 2013.

22 Strádání Struktura ligandů Generování konformací
Převod do struktury je často špatně (Brassinosteroidy) Generování konformací Nedodržování planarity (dusíky u aromátů u CDK2) Torzní úhly Konformace proteinů mohou být dost problém (CYPy) Identifikace správné pózy Velice často to není póza s nejvyšší energií/skóre Velké rozdíly ve velikosti ligandu se špatně filtrují (H1R) Problém pro automatickou identifikaci v masivním slepém dokování (ZINC, etc)

23 Radosti Máme hezčí obrázky než genomické studie :o) Vedení SAR
Vysvětlení chování látek v experimentech Umožňuje cílenou syntézu nových látek Nicméně není nic lepšího, než když k Vám po půl roce syntézy přijde organik a řekne, že ta nová Vámi navržená látka je skutečně aktivnější… … načež přinese další a ještě zapeklitější problém.

24 Poděkování Václav Bazgier (dokování vše) Michal Otyepka (CYP, H1R) UK
Miroslav Brumovský (CYP) Markéta Paloncýová (CYP) Miroslav Strnad (BRS, CDK, …) Mirek Kvasnica (BRS) Jana Oklešťková (BRS) Vladimír Kryštof (CDK, …) Tomáš Gucký (CDK) Radek Jorda (CDK) Martin Kubala (NaK) Jitka Ulrychová (H1R) UK Patrik Rydberg (SmartCYP) in memoriam Financial Support GACR P303/12/P019 UP IGA_PrF_ ESF, MŠMT

25 Děkuji Vám za pozornost