非核苷类逆转录酶抑制剂的定量构效关系、活性预测及分子动力学

该研究聚焦于计算机辅助药物设计，旨在为非洲相关疾病开发新型创新药物或对现有药物进行再利用。目前，在我们的研究领域中，许多研究人员正在开发各种机器学习应用，我们也希望在课题组中引入此类技术，以助力β类药物的设计。目前我们采用所谓高性能计算技术，该技术结合CPU与GPU计算能力，显著加快研究进程，使实验能够更快获得结果。

目前，计算科学在研究领域仍是一个非常新的方向，学生往往难以适应所需完成的任务，因此需要更长的时间才能使他们达到专业水平。最近，我们获得了一系列天然产物，这些物质在非洲具有重要意义，我们已成功将其分离，目前正致力于将其用于SARS-CoV-2的治疗研究。首先，请点击显示器屏幕上的窗口图标，然后选中它。

选择所有应用程序，然后向下滚动以找到 Schrodinger 文件夹。打开该文件夹，单击 Maestro 图标，然后选择打开以启动软件。

为获取蛋白质结构，点击文件选项卡，然后从弹出菜单中选择“获取PDB”。在文本框中输入所需的PDB编号，然后点击下载按钮。选定的PDB文件将显示在项目窗口中。

或者，通过在搜索框中输入PDB编号并点击下载，从蛋白质数据库下载蛋白质。在Maestro中，导航至文件选项卡并选择导入结构。在导入界面中，找到已下载的PDB文件，然后点击导入。

现在，选择蛋白质结构并单击右键。选中准备好的蛋白质，单击鼠标右键，选择“Split”选项，并将其拆分为配体、水分子和其他组分。打开 PubChem 数据库，在搜索栏中输入化合物名称以下载该化学化合物。

查看可用的结构，点击“下载”，选择 3D-构象体，将结构坐标保存为结构化数据文件（SDF 格式）。在 Schrodinger 中点击“文件”选项卡，选择“导入结构”。浏览至 SDF 文件的保存位置，并加载该化合物。

在 Schrodinger 中点击 Task，于搜索栏中输入 LigPrep 并选择该工具。点击 Use Structures From 以从工作区或项目表中选择文件。在 LigPrep 窗口中选择所需的选项，然后点击 Run 以提交配体准备任务。

在软件窗口中查看已准备好的配体。打开用于结构几何优化的软件。导航至文件选项卡，选择打开，以从 PubChem 下载的 SDF 文件中进行选择。

转到“计算”选项卡，然后选择“高斯计算设置”。在作业类型选项卡中，选择“优化”或“优化加频率”。接着转到“方法”选项卡，选择量子化学方法。

从下拉菜单中选择所需的锥形-虚拟全局杂化交换相关密度泛函、基组、电荷和自旋。转到“标题”选项卡，在待研究化合物名称下方输入其名称。进入“Link Zero”选项卡，设置内存限制和共享处理器数量。

取消勾选“完整路径”复选框。点击底部的“编辑”按钮，将高斯输入文件保存至指定位置，并命名为高斯作业文件或GJF文件。导航至“任务”并选择“受体网格生成”，以检测与核心晶体配体结合的蛋白质活性位点。

单击“选择”以识别配体，然后选择共结晶配体。单击“运行”以提交网格生成。进行分子对接时，进入“任务”菜单，选择“配体对接”，然后选择“配体对接 Glide 对接”。

然后，加载网格文件，并使用“从工作区选择配体”选项从工作区中选择配体。在顶部勾选“显示受体”复选框，输入合适的作业名称，然后单击“运行”以提交作业。在“设置”选项卡中，选择首选的分子对接精度方法。

配置氢键等约束条件。检查所有设置后，单击“运行”以启动对接过程。查看对接结果，并比较配体优化前后的对接评分。

从工作区导航器中选择一对对接的蛋白质与配体复合物。导航至“任务”菜单，进入“配体设计”模块，然后在配体设计窗口中点击“分析工作区”。为了生成并评估新的配体，从工作流程列表中选择“等排体扫描”，该方法指通过向现有分子结构添加片段来扩展配体的生长策略。

分析所列举化合物的对接结果，筛选出结合能比共结晶化合物（-9.242）更负的化合物。接着，点击任务按钮，选择Desmond系统构建器。在系统构建器面板中，选择溶剂化选项卡。

选择适合蛋白质-配体复合物的预定义溶剂模型。然后选择盒子形状和盒子尺寸计算方法。接下来，选择“离子”选项卡并点击重新计算，以通过添加反离子并设置所需的溶液浓度来中和体系。

系统准备完成后，在工作区中查看项目。从工作区导航器中选择蛋白质-配体复合物。进入“任务”并选择 Molecular Dynamics Desmond。

在分子动力学面板中从工作区加载配体-蛋白复合物。在模拟选项卡中选择所需的模拟时间线。选择NPT作为系综类型。

在分子动力学面板中为作业命名。写出作业并点击关闭以退出分子动力学窗口。通过本地终端提交写出的作业以进行分子动力学准备。

完成后，打开已完成的任务，从初始设定的时间线继续模拟，直至达到所需的模拟时间。例如，100 纳秒或 200 纳秒。打开轨迹文件并播放轨迹。

观察蛋白质-配体复合物达到平衡的位置，并记录帧数。通过终端提交作业。查看输出文件内容以分析生成的结果，并下载CSV文件。

打开CSV文件并记录结合能。最后，使用所示方程，通过取分子动力学（MD）模拟中每个快照所确定的结合能值的平均值，计算该复合物的游离结合能。散点图显示了QSAR模型第一类中观测到的活性与预测活性之间的关系。

该图展示了以第一类作为训练集、非核苷类逆转录酶抑制剂作为测试集进行拟合，以获得预测活性值的结果。训练集与回归线吻合良好，而测试集存在轻微偏差。不同配体与蛋白质之间的相互作用力分析显示，所有配体均与赖氨酸101形成氢键。

游离蛋白的分子动力学模拟在约60纳秒后达到稳定，其均方根偏差（RMSD）约为3.5 Å，证实了实验方案的可靠性。与RMSD为4.5 Å时的依曲韦林相比，RMSD为3.5 Å时的依曲韦林在HIV-1逆转录酶活性位点表现出更强且更稳定的结合能力。

列举的依曲韦林的接触时间线也表明，随着时间的推移，其相互作用更强且更稳定。