AutoDock | |
---|---|
Tip de | Modelare moleculară |
Dezvoltator | Institutul de Cercetare |
Scris in | C / C++ |
Sistem de operare | Windows , macOS , Linux , Solaris |
ultima versiune | 4.2.6 (04.08.2012) |
Stat | activ |
Licență | GPL2+ (AutoDock 4) / ASL 2.0 (AutoDock Vina) |
Site-ul web | autodock.scriptps.edu |
AutoDock este un pachet software conceput pentru andocare moleculară automată . Este folosit în principal pentru andocarea proteinelor-ligand , inclusiv luând în considerare reziduurile de proteine mobile . Autodock este, de asemenea, utilizat pentru „blind andocare” atunci când locul activ al proteinei nu este cunoscut.
AutoDock este unul dintre pachetele software care poate prezice legarea moleculelor mici de proteine cu structură cunoscută. Adevăratele distribuții AutoDock includ două generații de software: AutoDock 4 și AutoDock Vina. AutoDock este un software gratuit, cea mai recentă versiune a căruia 4 este distribuită sub Licența Publică Generală GNU, AutoDock Vina este disponibil sub licența Apache [1] [2] .
Începând de la prima versiune, Autodock este o combinație de 2 programe: Autodock - programul de andocare real și Autogrid - un program care vă permite să calculați grile potențiale . Pentru fiecare receptor (un receptor de andocare este o macromoleculă pentru care sunt calculate grile), este suficient să calculați grile potențiale pentru fiecare tip de atomi o dată, ceea ce vă permite să efectuați calcule pentru orice ligand format din acești atomi (un ligand în andocare este o moleculă mică pentru care este posibilă o modificare).poziţii şi conformaţii) [1] .
AutoDock a fost cel mai citat instrument de andocare în 2006 [3] .
AutoDock este întreținut și dezvoltat de Institutul de Cercetare Scripps și Laboratorul Olson [1] .
Andocarea se realizează într-o zonă cubică din interiorul receptorului (docking box). Folosind AutoGrid, un set de fișiere binare este creat pentru receptor - grile potențiale. Ei descriu pentru fiecare atom inclus în cutia de andocare, potențialul interacțiunii acestuia cu atomul de testat al unui anumit element chimic. Setul acestor elemente este determinat de compoziția chimică a liganzilor cu care este necesară andocarea. Pentru fiecare element chimic sunt create 1-2 fișiere. Pentru a calcula potențialul, se folosește o funcție de notare, fie bazată pe legi fizice, fie empirice, fie mixtă. Funcțiile de notare în diferite versiuni ale programului pot diferi. Rețelele potențiale sunt utilizate pentru a calcula energia liberă [4] .
Ligandul, pe lângă totalitatea atomilor, legăturilor și sarcinilor, este descris în interiorul programului printr-un set de numere - poziția în cutia de andocare, rotația tuturor unghiurilor de torsiune active. Autodock parcurge toate combinațiile posibile ale acestor numere pentru a găsi în sfârșit poziția optimă a ligandului în cutia de andocare în ceea ce privește energia liberă. Prin urmare, un cub cu o latură de 10-30 angstromi este de obicei ales ca o cutie de andocare, astfel încât să includă centrul activ al receptorului [4] .
O enumerare completă a tuturor pozițiilor posibile în situsul activ și a tuturor conformațiilor ligandului este o sarcină care necesită mult timp și resurse. Pentru optimizarea procesului, Autodock folosește algoritmi de căutare minime globale: Monte Carlo , recoacere simulată , algoritmi genetici : LGA (Lamarckian Genetic Algorithm) [4] .
Un exemplu de Autodock 4.2 bazat pe LGA [5] :
Creat în 1990. Prima versiune se bazează pe câmpul de forță Amber . Funcția de scoring este suma potențialului Lennard-Jones , potențialul electrostatic și funcțiile empirice ale energiei legăturilor covalente , unghiurilor plane și de torsiune [7] .
Algoritmii Monte Carlo și simulările de recoacere sunt disponibili în implementare [8] .
Există multe îmbunătățiri, programe însoțitoare pentru lansări paralele. Un nou algoritm de îmbunătățire a căutării, în cazul liganzilor cu mai multe grade de libertate, se bazează pe principiul divide and cuquer . Algoritm de optimizare local îmbunătățit [9] .
Algoritmul genetic combinat LGA [10] a fost utilizat pentru prima dată pentru a optimiza căutarea . O nouă funcție de scoring semi-empiric, calibrată pe 30 de complexe proteină-ligand, ia în considerare legăturile de hidrogen direcționate și energia de solvație [5] .
S-a adăugat luarea în considerare a posibilei mobilități a lanțurilor laterale. Acest lucru se realizează prin împărțirea proteinei în două fișiere. O parte este considerată statică, cealaltă este mobilă. Ei lucrează cu partea statică folosind calculul de energie AutoGrid și lucrează cu partea în mișcare folosind aceleași metode ca și cu ligand. Au fost create noi tipuri de atomi, cum ar fi halogenii și ionii metalici de bază. Funcție de scor îmbunătățită. Calibrare pe 250 de structuri de la PDBBind . A apărut AutoDockTools - software special pentru pregătirea fișierelor pentru andocare [6] .
A fost adăugată o opțiune mai transparentă de control a ieșirii programului, permițându-vă să realizați o ieșire mică pentru screening și să afișați un raport pentru o analiză mai profundă. Unele erori de rulare care au provocat un avertisment în versiunile anterioare opresc acum programul. Acest lucru este ca răspuns la nevoile de screening în care utilizatorul nu poate observa avertismentele care apar. Contabilitatea interacțiunilor electrostatice dintre atomii nelegați dintr-un ligand este acum activată implicit. De asemenea, este posibilă activarea/dezactivarea utilizând comanda intelec on/off [4] .
AutoDock Vina este o nouă generație de software dezvoltată de Molecular Graphics Lab. Arată o îmbunătățire semnificativă a valorilor de acuratețe medie în predicția site-urilor de legare, precum și o creștere de două ori vizibilă a vitezei în comparație cu AutoDock 4.1. O funcție de scoring fundamental nouă bazată pe algoritmul X-Score [11] , care a fost dezvoltată ținând cont de dezvoltarea sistemelor multiprocesor. Datorită diferențelor de erori și a funcțiilor de scoring folosite în AutoDock 4 și AutoDock Vina, programele pot afișa rezultate diferite pe aceleași date [12] .
Există o interfață grafică AutoDockTools (ADT) asociată cu Autodock, care ajută la analizarea andocării și la selectarea legăturilor din ligand care va fi considerat mobil. Unele dintre funcțiile ADT [1] sunt menționate mai jos :
Fișierele cu extensia .pdb sunt formatul principal pentru stocarea informațiilor despre conformația și structura moleculelor. Astfel de fișiere sunt obținute din date experimentale obținute prin cristalografie cu raze X sau spectroscopie RMN sau prin metode de predicție a structurii moleculelor. Începând cu AutoDock 4, procedura de andocare necesită două fișiere .pdbqt; unul pentru receptor, celălalt pentru ligand. Dacă este necesar să se țină cont de mobilitatea unor aminoacizi dintr-o proteină, atunci se creează un al treilea fișier care conține informații despre atomii din părțile mobile ale proteinei. Conversia fișierelor .pdb în format .pdbqt este posibilă folosind AutoDock Tools [4] .
Fișierele pdbqt conțin următoarele informații [4] :
Ca rezultat al lucrării Autodock pentru un ligand, se obține un fișier dlg. Conține un raport detaliat despre funcționarea programului. Conține rezultatele fiecărei curse specifice cu poziția finală a ligandului (structura ligandului este scrisă în format pdbqt), energia calculată, timpul petrecut la calcul [4] .
Rezultatul grupării este, de asemenea, disponibil: pentru fiecare cluster, sunt afișate populația (Număr în cluster), cea mai bună energie (Cele mai scăzută energie de legare), cărei curse specifice îi aparține (Run) [4] :
HISTOGRAMA DE CLUSTERING ____________________ ________________________________________________________________________________ | | | | | Clus | lowwest | alerga | înseamnă | Num | Histogramă -ter | Legare | | Legare | în | Rang | energie | | energie | Clus | 5 10 15 20 25 30 35 _____|___________|_____|___________|_____|____:____|____:____|____:____|____:___ 1 | -3,44 | 150 | -3,44 | 2 |## 2 | -3,42 | 63 | -3,41 | 42|#x42 3 | -3,42 | 187 | -3,40 | 83|#x83 4 | -3,38 | 115 | -3,36 | 33|#x33 5 | -3,32 | 128 | -3,31 | 37|#x37 6 | -3,28 | 122 | -3,27 | 3 |### _____|___________|_____|___________|_____|______________________________________Rezultatele reale sunt energia ΔG și poziția ligandului în locul activ al receptorului. Diferența de energie a liganzilor din prima aproximare arată cât de mai bine se leagă un ligand de receptor decât celălalt. Poziția ligandului în situsul activ face posibilă prezicerea mecanismului de legare [13] .
AutoDock găsește aplicații în următoarele domenii [1] :
Autodock este utilizat pe scară largă în comunitatea științifică atât pentru andocare moleculară, cât și pentru screening-ul virtual al bibliotecilor mari de compuși (de exemplu ZINC) [14] .
Docking-ul este, de asemenea, folosit pentru a căuta blocanți enzimatici ai organismelor patogene, în special topoizomeraza I bacilului tuberculos [15] .
Proteina tirozin fosfataza B a Mycobacterium tuberculosis (Mtb) (MptpB) este un factor de virulență important pentru bacterie care promovează supraviețuirea bacteriilor în macrofage . Lipsa unui ortolog uman face ca MptpB o țintă atractivă pentru noi terapii împotriva tuberculozei. Inhibitorii MptpB pot fi un instrument eficient pentru a depăși rezistența emergentă la medicamentele TB. Folosind o strategie de screening virtuală bazată pe structură, autorii au identificat cu succes un inhibitor de medicament al MptpB bazat pe tiobarbituric [16] .
Folosind Autodock, au fost găsiți inhibitori de protează HIV [17] . În special, inhibitorii peptidazei aspartice HIV (HIV IP) sunt candidați buni pentru reutilizarea medicamentelor.
În plus, andocarea este utilizată pentru a căuta liganzi care interacționează cu factorii de transcripție . De exemplu, HNF-1a este un factor de transcripție care reglează metabolismul glucozei prin exprimarea în diferite țesuturi. Țintele potențiale au fost găsite folosind andocare in silico [18] .
Docking-ul a fost folosit pentru a modela interacțiunile a doi regulatori transcripționali, ExuR și UxuR, cu substraturi și intermediari de glicoliză, căile Ashwell și Entner-Doudoroff . Pentru UxuR, au fost găsite două situsuri preferate de legare a ligandului, unul situat în domeniul C-terminal și celălalt ocupând spațiul interdomeniu. Pentru ExuR, un singur site preferat a fost găsit în regiunea interdomeniu [19] .
Autodock (în principal Vina) este utilizat pe scară largă într-un număr mare de sisteme de screening virtuale automate [20] [21] [22] .
World Community Grid vă oferă să vă ajute să obțineți putere de calcul gratuită pentru a accelera cercetarea bazată pe AutoDock [1] .
AutoDock a fost lansat pe baza World Community Grid cu următoarele proiecte:
În 2016, au fost evaluate diverse programe pe un eșantion de complexe proteină-ligand din 2002. S-a estimat frecvența coincidențelor în pozițiile găsite cu ajutorul andocării. Cazurile în care RMSD între pozițiile găsite și native ale ligandului nu a depășit 2 Å [28] [29] au fost considerate a fi coincidențe .
Dintre programele academice alternative se disting LeDock, rDock, UCSF Dock, în timp ce primul program a arătat cel mai bun rezultat (57,4% acord) [29] .
Programele alternative comerciale au avut rezultate mai bune (59,8% pentru GOLD) decât cele academice. La studiu au participat și programele Surflex, FlexX, Glide, LigandFit, MOE-Dock, ICM_pro, MCDock, FRED. [28] .
Rezultatele evaluării programului [28]Program | Coincidență | Program | Coincidență | |
---|---|---|---|---|
AUR | 59,8% | Autodock Vina | 49,0% | |
Glisare (XP) | 57,8% | AutoDock ( PSO ) | 47,3% | |
LeDock | 57,4% | LigandFit | 46,1% | |
Alunecare (SP) | 53,8% | Moe Dock | 45,6% | |
Surflex Dock | 53,2% | UCSD DOCK | 44,0% | |
rDock | 50,3% | AutoDock (LGA) | 37,4% |