跳到主要内容

Induced Fit Docking

导言​

经典的锁钥模型阐明了药物与靶标蛋白的关系，即药物与体内的靶标蛋白，通过两者的空间匹配，会产生类似钥匙与锁的识别关系。然而，实际生理条件下，靶标受体和药物配体是柔性的，即在结合过程中，靶蛋白和底物的分子构象是变化的，不仅要满足空间的匹配，也要满足结合自由能的匹配。因此，1958年D.E.Koshland提出了“诱导契合(Induced Fit)”学说，核心内容为蛋白的活性位点通过与配体的相互作用而发生变化，因此，“诱导契合”比“锁钥模型”的预测更加准确。


凝血酶是一种多功能的丝氨酸蛋白酶，可催化纤维蛋白原转化为纤维蛋白，使血液凝固而止血，参与凝血级联激活的最后一步，凝血级联的过度刺激在临床上会引起血栓栓塞症状，因此，凝血酶是现代药物研究中抗凝防栓的关键靶点。人们为开发针对凝血酶安全有效的抑制剂做出了相当大的努力。研究人员设计了一类非肽抑制剂，能实现在低纳摩尔浓度范围的活性 [1-2]。


Uni-IFD通过模拟药物分子与靶点结合时产生的“诱导契合”效应，可以实现药物与靶点的结合模式的精确预测。在本教程中，您将学习使用 Uni-IFD 模块，精确预测两种 Thrombin inhibitor complex 的诱导契合模式，指导药物分子和靶点结合的优化设计。（凝血酶抑制剂复合物，PDB ID：1KTT和1C5N。1C5N的配体为ES1，1KTT的配体为C02）


本教程中使用的蛋白结构文件：

1KTT.pdb

1C5N.pdb

本教程中使用的配体结构文件：

1KTT_ligand.mol

1C5N_ligand.sdf

本教程中使用的Pocket文件：

Pocket.txt


1. 创建项目并导入结构​

1.1 登录系统​

import_structure

1.2 创建项目​

  • 进入系统后，创建新项目“IFD test”

import_structure

1.3 导入蛋白结构​

  • 左侧通用菜单栏 Menu → File→ Import Structure

import_structure

  • 点击Select Files，选择1C5N.pdb、1C5N_Ligand.sdf、1KTT.pdb、1KTT_Ligand.sdf文件，点击Import导入该蛋白结构

import_structure


2. 创建Induced Fit Docking任务​

2.1 入口​

  • 点击左侧通用菜单栏 Menu → Function → Virtual Screening → Induced Fit Docking

import_structure

2.2 Select a Prepared Protein From 3D​

  • 选择 “1C5N.pdb” 作为Receptor蛋白结构，点击 OK

import_structure

  • 点击 OK 后，系统会自动检查输入的蛋白是否符合计算要求，状态为“Processing”

import_structure

  • 大约不到1分钟，系统会判断该蛋白为“Valid”状态，点击“Next”

import_structure

2.3 Select Prepared Reference Ligand 3D​

  • 提示是否选择Reference Ligand，点击 “Yes”；

import_structure

  • 点击“From 3D”，选择1C5N_Ligand.sdf配体结构，点击Ok

import_structure

  • 1C5N_Ligand.sdf配体结构将被载入 “Selected File”。系统会自动检查输入的Ligand是否符合计算要求，状态为“Processing”，随后，系统会判断该配体为“Valid”状态。

  • 点击Next

import_structure

2.4 Select Ligands​

  • 选择需要进行Docking的配体结构：点击“From 3D”，选择1KTT_Ligand.sdf配体结构，点击Ok

import_structure

  • 1KTT_Ligand.sdf配体结构将被载入 “Selected File”。系统会自动检查输入的Ligand是否符合计算要求，状态为“Processing”，随后，系统会判断该配体为“Valid”状态。

  • 点击Next

import_structure

2.5 Pocket Setting​

  • 点击“Select File”，在本教程中使用给定的Pocket文件设置Pocket（也可以尝试使用Reference Ligand设置Pocket）

  • 3D Workspace自动加载Pocket，系统自动识别该Pocket的Center和Size信息

  • 点击Next，继续下一步

import_structure

2.6 Select Referred Pharmacophore​

  • 选中所有参考药效团，点击Next，进行下一步

import_structure

2.7 Confirm and Setting​

  • 检查选择的Receptor蛋白结构和donor配体结构，通过点击Highlight All检查选择的参考药效团，Job Name命名为“Thrombin IFD”

import_structure

  • 点击Submit，提交IFD任务

3. 结果分析​

3.1 入口​

  • 左侧通用菜单栏Job → Job List，找到“Thrombin IFD”计算任务，点击 “Show”

import_structure

3.2 结果展示​

  • 点击第0个Pose的 “3D” 按钮，将Induced Fit Docking的结构展示在3D Workspace中（此处蛋白以红色显示，Docking小分子以绿色显示）

import_structure

  • 在“Entry List”中点击“眼睛”按钮，将1KTT和1KTT_Ligand结构加载到3D Workspace中（蛋白以灰色显示，晶体结构中小分子以蓝色显示）

import_structure

  • 可以看到，Induced Fit Docking预测的小分子位置与1KTT共晶结构中小分子（1KTT_Ligand）位置基本一致，

import_structure

  • 选中Ligand周围Pocket内的氨基酸，以“Ball and Stick”方式显示。同时，在“Entry List”中隐藏显示晶体结构小分子“1KTT_Ligand”和Docking预测小分子“1KTT_ligand_A_M1_0”。可以看到，在Pocket内，通过Induced Fit Docking预测得到的蛋白结构和1KTT晶体蛋白结构一致性较好，Pocket内氨基酸侧链的位置一致性高。

import_structure


4. 总结​

本案例以凝血酶抑制剂复合物1KTT和1C5N为例，通过使用Uni-IFD模块研究1KTT的共晶化合物分子与1C5N蛋白靶点结合时的“诱导契合”机制。Induced Fit Docking结果表明：Uni-IFD模块可以模拟药物分子与靶点结合时的“诱导契合”小样，准确预测药物小分子和靶点的结合模式。


5. 参考文献​

[1] Structure-Based Design of Novel Potent Nonpeptide Thrombin Inhibitors. J. Med. Chem. 2002, 45, 1757-1766

[2] Structural basis for selectivity of a small molecule, S1-binding, submicromolar inhibitor of urokinase-type plasminogen activator. Chemistry & Biology 2000, 7:299–312