Guía para realizar Docking Proteína-Ligando

Programas:

• Autodock (ADT y ejecutables)

• Maestro (Schrödinger)

• Mopac

• OpenBabel

Preparación del Ligando

• Con el software Maestrose construye el ligando,añadiendo los ordenes deenlace y los hidrógenoscorrespondientes.

• Luego el ligando esexportado en formato .pdb(Protein Data Bank).

Preparación del Ligando

• En OpenBabel convertir el archivo .pdb a formato .mop(MOPAC Cartesian format).

Preparación del Ligando

• Abrir el archivo de salida ligando.mop y agregar lasKEYWORDS correspondientes en la primera línea del archivo:

• PM6 XYZ BONDS CHARGE=0 Singlet EF

• Luego guardar el archivo bajo el mismo formato.

Preparación del Ligando

Keywords:

• PM6: Método semiempírico que usa el Hamiltoniano PM6.

• XYZ : Hace todas las operaciones geométricas en coordenadascartesianas.

• BONDS: Imprime el orden de enlace entre todos los pares deátomos.

• CHARGE=n: La carga en el sistema es igual a n.

• Singlet: El spin de multiplicidad es Singlet (0 electronesdesapareados).

• EF: Utiliza la rutina EF (Eigenvector following) para buscar mínimosconformacionales.

Preparación del Ligando

• Abrir el archivo ligando.mop con elprograma MOPAC (Se ejecuta elcálculo de Optimización de laEstructura).

• Se arrojan dos archivos de salida:OUT y ARC .

• En OpenBabel convertir el archivode salida OUT en MOL2.

Preparación de la Proteína

• La proteína es preparada en Maestrodonde se añaden los hidrógenos, seasignan ordenes de enlace, se revisanestados de protonacion de losresiduos, etc. Esto se logra con laherramienta “Protein PreparationWizard”:

En Maestro ir a Workflows - Protein

Preparation Wizard.

- En primer lugar realizar el “Preprocess”

- Luego Optimizar los hidrógenos con“Optimize…” y “Minimize…”

Preparación de la Proteína

• Se añaden las cargas parciales:

- Tools - Assign Partial Charges

• Finalmente en Project – Show Table, seleccionamos laproteína modificada la cual es guardada (Export Structures…)en formato MOL2.

Ahora tenemos los archivos listos para nuestro Docking (Proteína e inhibidor con sus cargas

parciales respectivas).

• A través del entorno gráfico ADT AutoDock Tools, cargar elarchivo ligando.mol2:

Asignar Parámetros al Ligando

– Ligand -> Input -> Open

– Luego aparece una ventana dediálogo que detalla lainformación del ligando(hidrógenos no-polar, carbonosaromáticos, enlaces rotables,etc.)

– Presionar “Ok”

Asignar Parámetros al Ligando

• Asignar automáticamente un centro de rotación al ligando: – Ligand -> Torsion Tree -> Detect Root…

Asignar Parámetros al Ligando

• Seleccionar las torsiones del ligando durante el Docking:– Ligand -> Torsion Tree -> Choose Torsions…

– Luego Aparece una ventana de diálogo con las especificaciones de los enlaces (Rotatable, Non-Rotatable, Unrotatable)

– Presionar “Done”

Asignar Parámetros al Ligando

Considerar como torsiones activas losenlaces correspondientes a las cadenaslaterales del ligando:

– Ligand -> Torsion Tree -> Set Number ofTorsions…

– Presionar “Enter” en la ventana de diálogoy cerrar

• Este paso es necesario sólo si queremos definir qué enlacesdejamos fijos o rotables cuando el ligando es muy grande.

• De lo contrario se trabaja con los enlaces rotables queidentifica ADT AutoDock Tools por defecto.

Guardar Ligando en formato PDBQT

• Guardar los cambios realizados:– Ligand -> Output -> Save as PDBQT

– Luego se elimina la pantalla: Edit -> Delete -> Delete All Molecules

– Presionar “Continue”

Guardar Proteína en formato PDBQT

• Cargar el archivo proteína.mol2:– File -> Read Molecule

Guardar Proteína en formato PDBQT

– Grid -> Macromolecule -> Choose…

– Clickear sobre la proteína.mol2 y presionar “SelectMolecule”

– Presionar “Yes” para mantener las cargas de laproteína.

– En la ventana de diálogo siguiente, presionar “Ok”para comenzar la transformación de mol2 a PDBQT

– Guardar la proteína en formato PDBQT

– Finalmente se eliminan todas las moléculas quehan sido cargadas: Edit -> Delete -> Delete AllMolecules, y presionar “Continue”

Asignar Parámetros para la Grilla

• Cargar la proteína en formato PDBQT:– Grid -> Macromolecule -> Open

– ¿Desea mantener las cargas de la proteína? Presionar “Yes”

– En las siguientes ventanas de diálogo (Warning) seleccionar Salir (“X”)para No reasignar las cargas a la proteína.

Asignar Parámetros para la Grilla

• Cargar el ligando en formato PDBQT:– Grid -> Set Map Types -> Open Ligand

• Crear la Grilla:– Grid -> Grid Box…– En “Center Grid Box “ se asigna las

coordenadas cartesianas dónde se centrala grilla.

Criterios para ajustar el centro de la Grilla:– Elegir un átomo N– Centro de masa del ligando (átomo ROOT)– Centro de la macromolécula (formado poralgunos residuos importantes en el sitioactivo)

• VMD (TK consola):set centro [atomselect top “resid a b c d”]measure center $centro

Asignar Parámetros para la Grilla

– Además se debe seleccionar el tamaño dedimensión de la caja.

– Para salir del cuadro de diálogo : File ->Close saving current

– Los parámetros de la grilla sonalmacenados en: Grid -> Output -> SaveGPF… (GRILLA.gpf)

Asignar Parámetros para el Docking

• Cargar la proteína en formato PDBQT:– Docking -> Macromolecule -> Set Rigid Filename…

• Cargar el ligando en formato PDBQT:– Docking -> Ligand -> Open

– En la ventana de diálogo presionar “Accept” a la descripción de losparámetros del ligando

Asignar Parámetros para el Docking

• Determinar el algoritmo de búsqueda:

– Docking -> Search Parameters -> GeneticAlgorithm…

– Presionar “Accept”

• En Docking -> Docking Parameters…dejar todo por defecto y presionar“Accept”

• Los parámetros del Docking sonalmacenados en: Docking -> Output ->Lamarckian GA (DOCK.dpf)

Calcular la GRILLA

• En la consola de linux escribir el comando:

autogrid4 -p GRILLA.gpf -l GRILLA.glg &

• Se puede monitorear la ejecución de autogrid4 en consolamediante los comandos “top” o “tail -f GRILLA.glg”

Calcular el DOCKING

• En la consola de linux escribir el comando:

autodock4 -p DOCK.dpf -l DOCK.dlg &

• Se puede monitorear la ejecución de autodock4 en consolamediante los comandos “top” o “tail -f DOCK.dlg”

• Los valores de energía y conformaciones se almacenan en elarchivo DOCK.dlg

Análisis de Resultados

• Abrir el archivo de salidaDOCK.dlg:– Analyze -> Dockings -> Open…

– Presionar “Aceptar”

• Obtener más detalles en:– Analyze -> Conformations -> Play

– Analyze -> Conformations -> Load

• Para guardar cada conformaciónen formato PDB por separado:– File -> Save -> Write PDB

Análisis de Resultados

• Para visualizar las conformaciones,se utiliza un software con unDisplay Gráfico más optimo comoVMD, PyMOL u otro.

- Primero, cargar la proteína (.mol2)

- Segundo, la estructura cristalográfica del ligando (.mol2)

- Luego las 10 conformaciones .pdb obtenidas del archivo desalida del Docking (.dlg)

• Una forma de medir la calidad del Docking es el RMSD, cuyovalor debe ser menor que 2.0