MOE基于结构的药物设计(七):Ligand R-Vectors——如何判断配体可以从哪里继续生长?

前两篇中,我们已经从两个角度分析了 EGFR--Tarceva(1M17)的结合口袋:

  • Interaction Surface:哪里还有空间?

  • Electrostatic Maps:这些空间更偏好什么化学特征?

现在终于到了从"看口袋"向"改分子"过渡的一步。

即使我们已经发现某个方向值得优化,还会遇到一个很现实的问题:

到底应该从 Tarceva 的哪个原子开始接新的取代基?

MOE 提供的 Ligand R-Vectors,就是用来辅助寻找这些潜在生长位置的。


1. 什么是 Ligand R-Vector?

在 MOE 中选择:

RHS → Ligand → Ligand R-Vectors

配体上会出现一些绿色箭头。

官方教程对这些箭头的定义很直接:

绿色箭头表示可以加入一个甲基,而不会引起明显构象变化或空间碰撞的位置。

因此,对新手来说可以先把 R-Vector 理解为:

"这个位置在几何上具有向外生长的可能。"

它把上一篇看到的三维空间进一步落实到了具体的配体原子上。


2. 有 R-Vector,就代表这里一定值得改吗?

并不是。

R-Vector 首先解决的是一个几何和空间问题

这个位置往外增加一个基团,是否具有基本的空间可能性?

但真正决定一个位置是否值得优化,还要结合前面已经得到的信息。

例如:

Interaction Surface

告诉我们:

这个方向是不是真的存在未占据空间?

Electrostatic Maps

告诉我们:

这个空间更偏好疏水、Donor 还是 Acceptor 特征?

R-Vector

进一步告诉我们:

可以从配体的哪个位置向这个空间生长?

所以一个比较完整的 SBDD 设计思路其实是:

发现未占据空间 ------判断口袋需要什么化学特征 ------寻找合适 R-Vector ------决定添加什么取代基

到这里,"改哪个位置"就不再完全依赖经验猜测了。


3. 回到 Tarceva:我们终于开始形成设计方案

前面的分析已经告诉我们,Tarceva 某些区域与 EGFR 口袋匹配良好,同时部分区域仍存在可以进一步探索的空间。

现在显示 R-Vectors 后,我们就可以开始寻找:

哪些配体原子既具有向外生长的可能,又能够朝着前面发现的口袋空腔或热点延伸?

注意,这一步仍然只是提出设计假设

我们还没有真正修改 Tarceva。

真正的分子修改将在下一篇通过 MOE Builder 完成。


4. 改分子之前,先记录原始配体的 Properties

官方教程在显示 R-Vectors 后,紧接着打开:

RHS → Ligand → Ligand Properties

MOE 会在窗口左上角显示当前配体的一些性质,包括分子量、TPSA、logP、logD、logS 等。

随后点击:

RHS → Minimize

对当前结构进行优化。完成后还会进一步报告:

  • strain

  • solvation

  • affinity

这一步的意义很简单:

在开始修改 Tarceva 之前,先留下一个"原始方案"的参考状态。

以后生成新的 analog 后,我们才能把新旧分子的结构和相关指标放在一起比较。


5. 用 Capture 保存这次"设计起点"

官方教程还使用了一个很实用的功能:

Capture

它可以把当前的视角、Surface、显示方式以及 Ligand Properties 等信息保存下来,用于后续回顾不同设计方案。

教程中新建:

EGFR_session

并将当前状态保存为:

Steric Fit

之后新的 Tarceva analog 也可以继续保存到同一个 Capture 文件中。

这对于真实的结构优化很有用,因为 SBDD 往往不是只设计一个分子,而是不断经历:

方案 A → 方案 B → 方案 C......

Capture 相当于把每一次结构设计假设保存成可回看的记录。

这样就完成了一个Capture集合的MDB文件的构建了。这里的每一个pose都保存在这个mdb文件。

这样就添加一个pose进这个mdb文件中了。


6. 到这里,我们已经完成"分析阶段"

从第一篇走到这里,我们实际上已经完成了一次完整的设计前分析:

准备蛋白--配体结构 ------识别关键相互作用 ------分析口袋空间 ------寻找化学热点 ------确定可能的生长方向 ------记录原始配体状态

现在终于可以真正回答:

Tarceva 应该从哪里开始改?

下一步不再只是观察。

我们将直接复制当前 Tarceva,并在 EGFR 结合口袋中修改它的取代基。

下一篇:

MOE基于结构的药物设计(八):MOE Builder------如何直接在结合口袋中修改配体?

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