Qu es el Docking

Qu es el Docking

Dr. Juan Manuel Aceves HernndezDra. Ma. Ins Nicols VzquezFES-Cuautitln-UNAMEnero de 2015

Diseo computacional de frmacos, ligandos

MetodologaDiseo computacional de ligandos

Dos estrategias diferentes: Diseo basado en el Ligando (Basado en analogas)Se basa en una serie de ligandos conocidos y es valioso si no existe informacin estructural disponible. Diseo basado en estructura Usualmente inicia con la estructura de un sitio receptor, tal como el sitio activo en una protena. Esta estructura puede ser generada por experimentacin directa o se puede deducir por modelado por homologa de otras estructuras obtenidas experimentalmente.

Diseo basado en la Estructura (basado en la diana)

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Definicin de DockingEl Docking es una operacin de bsqueda basada en la energa, que se usa para explorar los modos de unin de dos molculas que interaccionan.AL proceso de que entre justo un compuesto, llamado ligando en la cavidad de una proteina donde cabe perfectamente se le denomina "docking".El tratamiento finaliza cuando se obtiene un mnimo de energa de interaccin para el complejo.

Antes de hacer el DockingEs necesario y conveniente que:Se tenga una idea:-De las dimensiones del ligando.El espacio de las posibles cavidades en la protena diana.Sitio de enlace- Enlaces hidrofbicos e hidroflicosFlexibilidad del ligando.- Donde?, Como?, Con qu?

Para el Docking se requiere.La estructura del ligando:PerezonaLa estructura de la proteina:1PAUEl software de docking: AutoDock 4.2.1 Y Algo muy importante: Una computadora con una gran memoria en RAM.

Mtodos de Docking

Algunos algoritmos de bsqueda incluyen:Dinmica Molecular Mtodos Monte Carlo (AutoDock, ProDock, MCDOCK) Algoritmos Genticos [GOLD, AutoDock, DARWIN...] Mtodos basados en fragmentos [FlexX and DOCK] Mtodos de puntos complementarios [FTDOCK, FLOG...] Mtodos de distancia geomtrica [DockIt] Buscadores Tab [PRO LEADS]Bsquedas sistemticas

Modelos Campos de FuerzaLos campos de fuerza se emplean usualmente para generar una prediccin segura en problemas complejos por interpolacin y extrapolacin de un conjunto experimental de molculas.Modelos Clasicos de Campos de fuerza AMBER, CHARMM y CVFF. Modelos de segunda generacin de campos de fuerza. CFF y COMPASS. Modelos Generalizados de campos de fuerza ESFF y UFF.

Diagrama de flujo del Docking

Detalles del DockingDatos de entrada:La estructura de la protena debe ser de alta resolucin!Datos de salida:(sitios activos), (Geometry), (energa potencial)Evaluation:(ligando), (bioensayo), (afinidad), funcin de scoring, desviacin de la raz cuadrtica media (RMSD), QSAR (Relacin cuantitativa estructura- actividad)

Y lo mas importante es que se puede hacer en una PC!!!!

AnlisisComplex form (1UVC) with one lipid Complex form (1UVB) with two lipids

Superposicin de estructurascolesterol-nsLTP2 (rojo) y nsLTP2 (azul) 1. The major difference in the two conformations is observed at theloop between helices I and II, where the structure is stretched outapproximately 3.10 .2. Residues with larger chemical shift perturbations were alsorepresented with yellow color.RMSD: 1.57

1. Various residues involved in the sterol binding are colored in green.Most of these residues are located around helices I, IV and V.2. Comparing the theoretical docked structure and experimental NMRresults, the residues directly interacting with the ligand are Leu8, Ile15,Phe39, Tyr45, Tyr48, Val49 and Val58.

Visor SWISS PDB 1. Distancia/ngulo2.Liston3. Grfica de Ramachandran 4. Mutacin/rotmero5.Superimpuesto6.Compute H-enlace/energa7. Minimizacin de Energa 8. Cavidad

Ejemplo

Software para Docking

MOLEGRO

Resumen deMolegro Virtual DockerResumen Molegro Virtual Docker es una plataforma integrada para predecir interacciones proteina - ligando. Molegro Virtual Docker maneja todos los aspectos del proceso del docking desde-La preparacin de las molculas hasta la determinacin de los potenciales sitios de enlace de la proteina diana, y la prediccin de los modos de unin de los ligan- dos. El Molegro Virtual Docker (MVD) ha mostrado que produce la ms alta seguridad de docking que otros productos de Docking modernos (MVD: 87%, Glide: 82%, Surflex: 75%, FlexX: 58%). El Molegro Virtual Docker proporciona: Alta seguridad de docking accuracy: Se ha comprobado la maquinaria del Docking comol a que da resultados mas correctos.Identiicalos modos deunin con alta seguridad. Molegro Virtual Docker ha mostra-Superar a otros programas de docking con respecto a la identificacin del sitio y modo correcto de interaccin (ver las paginas tecnologa para mas informacin). Interface fcil de usar: el comando interno habilita al usuario para hacer clculos y realizar corridas de Docking. Cuenta con visualizacin de avanzada y herramientas de anlisis para examinar interacciones ligando-receptor y afinar los resultados del Docking. Plataforma ampliada: suportada en Linux, Windows y Mac, permitiendo fcilinteroperabilidad entre plataformas.

Interfase principal del usuario

Tutoriales Bsicos

Tutorial 1: Una crrida Simple de Docking

Tutorial 2: Revisin de los Resultados Docking

Tutorial 3: Visualizacin en MVD

Tutorial 1: Una crrida Simple de DockingImporte las molculas del ligando y de la proteina al Molegro Virtual Docker (MVD).Detecte los sitios potenciales de interaccin y establezca el espacio de bsqueda.Corra una simulacin de docking usando el Docking Wizard.Inspeccione los resultados de docking usando el Pose Organizer.

Importar molculas hacia MVDRequire: Estructura 3D de un receptor Estructura 3D de uno o mas ligandos Formatos: PDB, Mol2, y SDF La conformacin exacta en 3D de los ligandos no es importante Los ngulos torsionales en el ligando se pueden determinar durante el docking (pero es necesario que la estructura del ligando tenga las longitudes y ngulos correctos, ( con Spartan o Gauss View)

Para que un Docking sea exitoso, se deben asignar varias propiedades de las molculas:Qu carga tienen los tomos? El orden y tipo de los enlaces

Estas casillas muestran advertencias de fallas enla presentacin de la molcula. Revise cuidadosamente las advertencias. Algunas advertencias no son importantes: Algunas protenas son cosechadas, causando que el MVD advierta sobre residuos que tienen insuficiente nmero tomos 1HVR ok

Ejemplo

workspaceWork Space Explorer1. Turn on/off using checkbox

Crear la superficie de la protena

Ponga atencin a nuestro ligando

Algunos enlaces en el ligando estn en verde flexible durante el docking Rojo, mantiene fijas las uniones durante la simulacin, (las conformaciones no cambian durante el docking)

Detectar sitios de enlace potenciales y preparar el espacio de bsqueda

Corra una simulacin en docking usando el Docking WizardLa Referencia ligando- nos permite monitorear el RMSD para encontrar la mejor pose mientras hace Docking

Defina la funcin de scoring & el espacio de bsqueda

Algoritmo de bsqueda

PosesMejor scoreMejores poses

Tutorial 2: Revision de los Resultados Docking

Mostrar todas las poses & actualice dinmicamente

Seleccione aquhere

Dynamic Update resalta enlaces de H

Botn derecho del ratn

Tutorial 3: Visualizacin en MVD Navegando en la vista de 3D. Usando la preseleccin de Visualizacin y estilos.

Trabajando con superficies y representaciones secundarias de listones y planas.

Use planos clipping, Etiquetas, y el visor de secuencias.

Interaccin con puente de Hidrgeno

Superficie

Plano de corte

Estructura secundaria o esqueleto

Mostrar secuencia

Boton derecho del ratn para elegir a.a.

Visualizacin

FinalmenteComprobar que el sitio de Docking, coincide con los resultados experimentalesEn ciertos casos se puede corroborar que el resultado es correcto al usar DM o cualquier otro mtodo Terico o experimentalGeneralmente el Docking se usa cuando se tiene resultados experimentales de un frmaco o ligando que se conoce o supone su actividad y sitio teraputico.

Bibliografia1.- Chao-Sheng Cheng, Molecular Docking Department of Life Science, National Tsing Hua University.2.-F. PIETRA, DOCKING AND MD SIMULATIONS OF THE INTERACTION OF AMILORIDE, Journal of Theoretical and Computational Chemistry Vol. 9, No. 1 (2010) 365378.3.-Haijun Chen et al. A Combined Bioinformatics and Chemoinformatics Approach for Developing Asymmetric Bivalent AMPA Receptor Positive Allos teric Modulators as Neuroprotecve Agents, ChemMedChem 2013, 8, 226 2304.- YURY N. VOROBJEV, Blind Docking Method Combining Search of Low- resolu tion Binding Sites Vol. 31, No. 5 Journal of Computational Chemistry

Rehaciendo el tutorialPara saber si entendimos bien el tutorial, vale la pena cambiar el ligando y la protena por otro ligando y otra protena y seguir los pasos de este tutorial. La prctica hace al maestro.

Muchas graciasEnero de 2015