A racionális gyógyszertervezés lehetőségei. A racionális gyógyszertervezés lehetőségei. A racionális gyógyszertervezés lehetőségei

Átírás

1 Cél: kis koncentrációban kötődő célvegyület tervezése Agonista: segíti az enzim működését, hatékonyabb, mint a természetes szubsztrát Antagonista: gátolja az enzim működését, ellentétes hatású, mint a természetes szubsztrát Követelmény: sztérikus és elektrosztatikus komlementaritás Feltétel: a befolyásolni kívánt fehérje térszerkezetének meghatározása aktív hely azonosítása (nem egyértelmű) szubsztrát kötésben szereet játszó aminosavak azonosítása Mechanizmus lehet, hogy szimuláció szükséges Követelmény: sztérikus és elektrosztatikus komlementaritás Egyszerű megközelítés (fix szubsztrát) van der Waals és elektrosztatikus tagok otimálása (docking) Követelmény: sztérikus és elektrosztatikus komlementaritás Egyszerű megközelítés (fix szubsztrát) scoring fv-ek adatbázisokból statisztika alaján Muegge és Martin (999) J. Med. Chem. 42, Modell finomítása flexibilis modell a szubsztrát konformációs tulajdonságait is figyelembe veszi Problémák: flexibilis kötőhely flexibilis fehérje oldószer környezet ionok rotonáltsági állaotok MM, MD, MC algoritmussal otimálás ADATBÁZISOK

2 Megoldások: Megoldások: Termodinamikai integrálás: Szabadenergia számítások hosszútávú (elektrosztatikus) kölcsönhatások figyelembe vételével E Szabadenergia erturbáció: all-atom megközelítésben költségesek X Egyszerűsítések: makroszkóikus modellek: Poisson-Boltzmann (szemi-makroszkóikus) ionos környezet figyelembe vétele: + hidrofób effektusok, + entróia becslés hiba ± 2.5 kcal/mol (~ 60-as faktor K M ) makroszkóikus modellek: Generalized Born (GB) modell ε a + mean field megközelítés, sokszorosan töltött molekulákra, töményebb ionos oldatra nem érvényes. makroszkóikus modellek: Problémák: rosszul definiált ε merev fehérje lokális effektusok hiánya: nem adja vissza a reorganizációs effektust Ka eltolódások vizsgálatára nem alkalmas ligand kötésre nem ad kvantitatív eredményeket Exlicit/imlicit oldószermodell (MM/PBSA) kristályszerkezet relaxációja EXPLICIT MODELL szabadenergia számítások IMPLICIT MODELL 2

3 Exlicit/imlicit oldószermodell (kombináció) Probléma a szimulációk rövidsége További egyszerűsítések: u oldott anyag koordinátája, v oldószer koordinátája W(u) oldott anyag PMF Exlicit/imlicit oldószermodell MM-PBSA E MM : molekulamechanikai energia átlaga E PBSA : oldódási szabadenergia (PB) S MM : entróia becslés roblematikus entróia becslése betemetettség alaján vagy harmonikus közelítésben Thermodynamic cycle Thermodynamic cycle P+L P:L P+L P:L P+L P:L P+L P:L single window Zwanzig erturbation formula kis léések csak a referenciarendszert kell szimulálni Soft-otentials ΔG Mi a rendszer válasza atomok eltüntetésére és keletkezésére (reorganizációs robléma seciális esete) ε ij,σ ij Lennard-Jones araméterek α softening araméterek ΔG Relica exchange method bind ± kcal/mol magas energiagátak miatt nehéz a konfigurációs teret feltérkéezni több kiindulási konformáció csere hőmérséklet skálázás kb. 5-ször hatékonyabb (konfigurációs tér nagysága), mint a normál MD 3

4 λ-dinamika λ-dinamika kometitív kötési kísérlet, több ligandumot vizsgál egyszerre L: ligandumok száma, V env : kölcsönhatási energia a környezettel V i : belső kh. energia, F i : referencia otenciál, λ csatolási araméter konfigurációs és kémai tér (MD v. MC mintavételezés) ΔE i : két ligandum kölcsönhatási energiájának különbsége Szabadenergia extraolálása lineáris válasz lineáris válasz ΔV ΔV LRA gyorsabb konvergencia LRA gyorsabb konvergencia elektrosztatikában működik elektrosztatikában működik Szemiemirikus lineáris válasz közelítés (Åqvist) LIE Ω: átlagos szabad felszín (entróiabecslés) α,β,γ: emirikus araméterek Pictorial reresentation of free energy changes (PROFEC)(Kollman) Δv(i,j,k) : vdw energia megjelenítése térkéek segítségével Megleően jó eredmények ΔG bind ± kcal/mol számolása 4

5 i i, i i, i i, Hozzájárulások a kötési energiához Comutational alanine scanning PDLD/S közelítés V I ε Δ G in PT B B Δ G sol, w ( q = q )] 0 ε Δ G sol, w ( q = q )] 0 in w ε ( V + V ) qq µ q w ΔΔ G, B w ΔΔ G A, BH II ( V + V ) qq µ q VIII Δ G + Δ G sol, w sol, w ( q = 0 ) ε Δ G + Δ G sol, w sol, w ( q = 0 ) ε in w szerkezetek generálása a natív fehérjén Mdm2 és 53 comlex tesztrendszer gyors kvalitatív VI w Δ G PT B III IV VII B Massova és Kollman (999) J. Am. Chem. Soc. 2, PDLD/S közelítés (mutációk, ligandum kötés vizsgálata) V VI Δ G sol, w ( q = q )] 0 ε ( V + V ) qq µ q Δ G + Δ G sol, w sol, w ( q = 0 ) ε I III w ΔΔ G, B Hozzájárulások a kötési energiához II I III i III o IV (PDLD) modell: I: érdekes rész (l. aktív hely) II: fehérje többi része III: oldószer (i: belső, o: külső) IV: tömbfázis Konfigurációs átlagolás Lineáris válasz (LRA) wat wat Relaxed contribution el. h. rot rot Non-relaxed contribution elektrosztatikus hozzájárulások ~ 4 ε eff ~ 40 5

6 Mutációk hatása Ras 2 összes gerinc GTP GDP Összefoglalás flexibilis recetor-flexibilis ligand robléma nem megoldott ismert komlex térszerkezet alaján gyors és jó kötési energiák jóslása más ligandumra és mutánsra jól arametrizált szemi-mikroszkóikus módszerek (vagy kombinált mikro- és makroszkóikus módszerek) oldallánc Muegge et al. (996) Structure 4,