蛋白与小分子结合分析
1. 分子对接
1.1 受体结构准备
以OATP1B1蛋白质为例,该蛋白质结构通过PDB数据库(https://www.rcsb.org/)进行检索及下载,编号为8PHW。初始结构首先通过UCSF Chimera [1]去除水分子以及无关杂原子仅保留蛋白质结构,之后使用MGLTools中的prepare_receptor4.py脚本加氢并生成pdbqt文件用于对接。
1.2 配体结构准备
Estrone sulfate的3D分子结构通过Pubchem(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)下载,使用OpenBabel v3.1.0 [2]程序将sdf转换成mol2格式,之后使用MGLTools中的prepare_ligand4.py脚本处理配体结构,生成pdbqt文件用于对接。
1.3 分子对接方法
分子对接采用AutoDock Vina v1.1.2 [3,4]软件包实现,使用Vina力场,根据OATP1B1蛋白的活性口袋定义网格空间的中心和尺寸(以埃为单位)。网格中心:X 120 Y 130 Z 110;网格尺寸:X 30 Y 30 Z 30。为每个系统生成了九个姿势,并根据其亲和力得分(以kcal/mol为单位)进行了分类。Autodock Vina编写了PDBQT输出文件,这些文件在ChimeraX [5]中使用交互式ViewDockX工具显示。
2. 结果与讨论
2.1 分子对接结果
表1给出了Estrone sulfate分子与OATP1B1蛋白的分子对接亲和力(能量)打分结果。从表中可以看出,根据Vina软件的预测,Estrone sulfate分子与OATP1B1蛋白的最佳结合能预测值为-10.4 kcal/mol。
表1 分子对接打分结果
ID |
HBONDS |
RMSD L.B. |
RMSD U.B. |
SCORE |
1 |
1 |
0 |
0 |
-10.4 |
2 |
4 |
1.627 |
3.052 |
-10.1 |
3 |
0 |
3.533 |
8.003 |
-9.7 |
4 |
1 |
3.274 |
8.189 |
-9.2 |
5 |
0 |
3.175 |
7.972 |
-9.2 |
6 |
2 |
1.846 |
3.167 |
-8.8 |
7 |
3 |
7.334 |
9.62 |
-8.7 |
8 |
2 |
5.442 |
7.719 |
-8.7 |
9 |
1 |
4.72 |
9.064 |
-8.4 |
2.2 Estrone sulfate分子与OATP1B1蛋白的相互作用
为了分析Estrone sulfate分子与OATP1B1蛋白分子识别的驱动力,本文对二者的相互作用模式进行了分析,包括OATP1B1底物结合口袋的静电表面电位和表面分子亲脂性势,如图1A、B所示。OATP1B1结合袋的其余部分排列有芳香族和疏水性残基,有助于与 Estrone sulfate的甾醇支架发生范德华相互作用。图1C显示了与Estrone sulfate发生结合的OATP1B1氨基酸残基(在4 Å范围内)。
图1 Estrone sulfate分子与OATP1B1蛋白的结合模式图。A,OATP1B1底物结合口袋的表面分子亲脂性势。绿色和黄色分别表示更亲水和更疏水的区域。B,OATP1B1的底物结合口袋的静电表面电位。其中,蓝色和红色分别表示正电和负电荷。白色表示中性残基。C,最佳对接结果,在OATP1B1中使用AutoDock Vina对Estrone sulfate进行分子对接。OATP1B1中与Estrone sulfate潜在的互作残基被标记。
3. 结果与讨论
本文通过分子对接方法研究了Estrone sulfate分子与OATP1B1蛋白间的相互作用,结果表明Estrone sulfate分子可以结合到OATP1B1蛋白上的底物活性空腔中。该研究为Estrone sulfate分子与OATP1B1蛋白的作用位点确定提供了一定指导作用。
4. 参考文献
[1] Pettersen, E. F., Goddard, T. D., Huang, C. C., Couch, G. S., Greenblatt, D. M., Meng, E. C., & Ferrin, T. E. (2004). UCSF Chimera—a visualization system for exploratory research and analysis. Journal of computational chemistry, 25(13), 1605-1612.
[2] O'Boyle, N. M., Banck, M., James, C. A., Morley, C., Vandermeersch, T., & Hutchison, G. R. (2011). Open Babel: An open chemical toolbox. Journal of cheminformatics, 3(1), 1-14.
[3] Trott, O., & Olson, A. J. (2010). AutoDock Vina: improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization, and multithreading. Journal of computational chemistry, 31(2), 455-461.
[4] Eberhardt, J., Santos-Martins, D., Tillack, A. F., & Forli, S. (2021). AutoDock Vina 1.2. 0: New docking methods, expanded force field, and python bindings. Journal of chemical information and modeling, 61(8), 3891-3898.
[5] Pettersen, E. F., Goddard, T. D., Huang, C. C., Meng, E. C., Couch, G. S., Croll, T. I., ... & Ferrin, T. E. (2021). UCSF ChimeraX: Structure visualization for researchers, educators, and developers. Protein Science, 30(1), 70-82.
