MOE基于结构的药物设计（九）：Ligand Torsions——新设计的配体构象是否合理？

上一篇我们第一次利用 Builder 对 Tarceva 进行了直接结构修改。但“能够把一个基团放进口袋”并不代表设计已经完成。药物早期设计中还有一个很容易被忽视的问题为了形成我们想要的结合模式配体本身是不是被迫采用了一个很不自然的构象如果新基团必须扭到非常不利的二面角才能待在口袋中那么这个看起来很漂亮的结合模式就需要谨慎评价。这一篇继续沿用EGFR–Tarceva1M17案例看看如何利用Ligand Torsions检查新设计分子的构象合理性。1. 继续沿着前面发现的 Donor Hotspot 做设计前面的 Electrostatic Maps 中我们已经发现 Tarceva 的polyether chains 附近存在多个未充分利用的 Donor hotspots。所以教程接下来尝试对这一侧进行更大的改造。首先打开MOE Footer → 2D显示2D Ligand Overlay。在二维结构中框选两条 polyether chains二维中选中的原子会同步选中三维结构中的对应原子然后点击RHS → Delete删除后原来的位置会出现新的 R-Vectors提示这里仍有继续生长配体的空间。2. 添加新的 NCO 基团选择靠近苯环取代基一侧的 H 原子然后在 Builder 中点击-NCO向配体中加入NC(O)基团。MOE 默认会把新基团放置在一个空间上不拥挤的构象中。但这里有一个很关键的区别没有明显 steric clash只能说明“放得进去”并不能说明这个构象本身合理。这就是我们接下来需要检查 Ligand Torsions 的原因。3. Ligand Torsions先快速找到值得怀疑的二面角选择RHS → Ligand → Ligand TorsionsMOE 会在可旋转键附近显示类似交通灯的颜色绿色Good橙色Questionable红色Bad用于快速提示当前配体中值得进一步检查的 torsion。这对于刚刚经过 Builder 修改的分子尤其有用。因为复杂分子可能有很多可旋转键我们没有必要逐个手工检查可以先利用颜色快速找到风险较高的位置。4. Dihedral Energy Profile具体看看这根键怎么转进一步选中quinazoline 与新加入 NC(O) 基团之间的键然后点击Profile打开Dihedral Energy Profile该图用于观察所选二面角在不同角度下的能量变化。当前二面角会用绿色竖线表示并且可以直接点击曲线上的其他位置改变二面角。5. 这个案例里出现了一个很有意思的现象官方教程中新 NCO 基团当前的二面角约为−120°从力场能量曲线看这个位置处于一个能量低谷。但与此同时上方的 torsion 颜色提示又表明−120°可能并不是理想的 torsion。因此我们进一步点击−180°附近让 NCO 基团调整到与 quinazoline core 更接近共平面的状态。这个例子非常值得新手注意不要因为某一个指标看起来合理就直接认定当前构象一定最好。Torsion 提示、能量曲线、蛋白口袋环境和最终最小化结果应该结合起来判断。6. 手动调整以后还要重新 Minimize完成二面角调整后选择RHS → Minimize重新优化当前复合物。Minimize 完成后MOE 会重新报告新结构的strainsolvationaffinity等信息。因此一次比较完整的结构修改过程应该是Builder 添加基团——检查 Ligand Torsions——发现异常二面角——利用 Dihedral Energy Profile 调整——重新 Minimize7. 本篇小结这一篇解决的是结构设计中非常实际的问题新基团虽然能够放进口袋它的构象真的合理吗在 Tarceva 案例中我们删除原有 polyether chains加入新的 NCO 基团并利用Ligand TorsionsDihedral Energy Profile检查和调整新生成的二面角最后再通过 Minimize 对结构进行优化。到这里我们开始考虑空间匹配 化学相互作用 配体自身构象合理性。接下来教程会继续沿着这个新基团向口袋外延伸最终加入一个带正电的NH₃⁺基团尝试真正利用前面 Electrostatic Maps 中发现的 Donor hotspots。下一篇MOE基于结构的药物设计十Ligand Modification——如何把口袋热点真正转化成新的相互作用