Nükleotid Olmayan Ters Transkriptaz İnhibitörlerinin Kantitatif Yapı-Aktivite İlişkisi, Aktivite Tahmini ve Moleküler Dinamiği

Araştırma, yeni yenilikçi ilaçlar geliştirmek veya Afrika ile ilgili hastalıklar için mevcut ilaçları yeniden kullanmak için bilgisayar destekli ilaç tasarımına odaklanmaktadır. Tamam, şu anda bizim alanımızda insanların geliştirmekte olduğu birçok makine öğrenimi uygulamamız var ve bu, beta ilaçlarını tasarlamak için grubumuza dahil etmek istediğimiz bir şey. Şu anda yüksek performanslı bilgi işlem olarak bilinen şeyi kullanıyoruz ve bu, kullanımları denediğimizde daha hızlı sonuç almak için hem CPU hem de GPU teknolojisini kullanarak araştırmamızı hızlandıran şeydir.

Şu anda, hesaplamalı araştırma alanında hala çok yeni bir alandır ve öğrenciler genellikle yapılması gerekenlerle başa çıkamazlar, bu nedenle onları disipline almaları biraz daha uzun sürer. Son zamanlarda, Afrika için öne çıkan ve şu anda SARS-CoV-2 tedavisi için kullanılan ve izole etmeyi başardığımız bir dizi doğal ürünümüz var. Başlamak için, monitör ekranındaki pencere simgesine gidin ve üzerine tıklayın.

Tüm uygulamaları seçin ve Schrödinger klasörünü bulmak için aşağı kaydırın. Klasörü açın ve Maestro simgesine tıklayın. Yazılımı başlatmak için aç'ı seçin.

Protein yapısını almak için dosya sekmesine tıklayın ve açılır menüden PDB Al'ı seçin. Metin kutusuna tercih ettiğiniz PDB kodunu girin ve İndir düğmesine tıklayın. Seçilen PDB dosyası proje penceresinde görünecektir.

Alternatif olarak, arama kutusuna PDB kimliğini girerek ve İndir'e tıklayarak proteini protein veri bankasından indirin. Maestro'da, Dosya sekmesine gidin ve Yapıları İçe Aktar'ı seçin. İçe aktarma arayüzünde, indirilen PDB dosyasını bulun ve İçe Aktar'a tıklayın.

Şimdi, protein yapısını seçin ve üzerine sağ tıklayın. Hazırlanan proteini seçin, fare düğmesine sağ tıklayın, Böl seçeneğini seçin ve ligandlara, suya ve diğerlerine bölün. PubChem veritabanını açın ve kimyasal bileşiği indirmek için arama çubuğuna bileşik adını yazın.

Mevcut yapıları gözden geçirin, İndir'e tıklayın ve yapı koordinatlarını yapılandırılmış bir veri dosyası veya SDF olarak kaydetmek için 3D-Conformer'ı seçin. Schrödinger'deki Dosya sekmesine tıklayın ve Yapıları İçe Aktar'ı seçin. SDF'nin kaydedildiği konuma gidin ve bileşiği yükleyin.

Schrödinger'de Görev'e tıklayın, arama çubuğuna LigPrep yazın ve seçin. Çalışma alanından veya proje tablosundan dosya seçmek için Yapıları Kullan'ı tıklatın. LigPrep penceresinde tercih edilen seçenekleri belirleyin ve ligand hazırlığı için işi göndermek üzere Çalıştır'a tıklayın.

Hazırlanan ligandları yazılım penceresinde görselleştirin. Yapıların geometri optimizasyonu için yazılımı açın. Dosya sekmesine gidin ve PubChem'den indirilen SDF'yi seçmek için Aç'ı seçin.

Hesapla sekmesine gidin ve Gauss Hesaplama Kurulumu'nu seçin. İş türü sekmesinde Optimizasyon veya Optimizasyon artı Sıklık'ı seçin. Şimdi Yöntem sekmesine gidin ve Kuantum Kimyası yöntemini seçin.

Açılır menülerden Cone Sham Global Hybrid Exchange Correlation Density Functional, Basis Set, Charge ve Spin of Choice'u seçin. Başlık sekmesine gidin ve incelenen bileşik için bir ad girin. Link Zero sekmesine gidin ve bellek sınırını ve paylaşılan işlemcileri belirtin.

Tam Yol kutularının işaretini kaldırın. Gauss giriş dosyasını Gauss İş Dosyası veya GJF olarak tercih edilen bir dosya adıyla tercih edilen konuma kaydetmek için alttaki Düzenle düğmesine tıklayın. Görevler'e gidin ve proteinin çekirdek kristal ligandına bağlı aktif bölgesini tespit etmek için Reseptör Izgarası Oluşturma'yı seçin.

Ligandı tanımlamak için Seç'e tıklayın ve ardından birlikte kristalize edilmiş ligandı seçin. Kılavuzu oluşturulmak üzere göndermek için Çalıştır'a tıklayın. Moleküler yerleştirme için Görevler'e gidin, Ligand Yerleştirme'yi seçin ve ardından Ligand Yerleştirme Kayma Yerleştirme'yi seçin.

Ardından, ızgara dosyasını yükleyin ve Ligand'ı Kullan seçeneğini kullanarak çalışma alanından ligandları seçin. Üst kısımdaki Görüntü Alıcısı kutusunu işaretleyin, uygun bir iş adı ekleyin ve Çalıştır'a tıklayarak işi gönderin. Ayarlar sekmesinden, tercih edilen yerleştirme hassasiyeti yöntemini seçin.

Hidrojen bağları gibi kısıtlamaları yapılandırın. Tüm ayarları gözden geçirdikten sonra, yerleştirme işlemini başlatmak için Çalıştır'a tıklayın. Yerleştirme sonuçlarını gözden geçirin ve ligandları optimize etmeden önce ve sonra yerleştirme puanlarını karşılaştırın.

Çalışma alanı gezgininden bir çift kenetlenmiş protein ve ligand kompleksi seçin. Görevler'e gidin, Ligand Designer'a gidin ve Ligand Designer penceresinde Çalışma Alanını Analiz Et'e tıklayın. Yeni ligandlar oluşturmak ve değerlendirmek için, mevcut moleküler yapılara fragmanlar ekleyerek ligandı genişleten yetiştirme yöntemini ifade eden iş akışı listesinden İzoser Tarama'yı seçin.

Numaralandırılan bileşiklerin yerleştirme sonuçlarını analiz edin ve birlikte kristalize bileşik eksi 9.242'den daha negatif bir değere sahip bir bileşik belirleyin. Ardından, Görev düğmesine tıklayın ve Desmond System Builder'ı seçin. Sistem Oluşturucu panelinde, Çözme sekmesini seçin.

Protein ligand kompleksine uygun önceden tanımlanmış çözücü modelini seçin. Ardından kutu şeklini ve kutu boyutu hesaplama yöntemini seçin. Ardından, İyonlar sekmesini seçin ve karşı iyonlar ekleyerek ve istenen çözme konsantrasyonunu ayarlayarak sistemi nötralize etmek için yeniden hesapla'ya tıklayın.

Sistem hazırlığından sonra, projeyi çalışma alanında görüntüleyin. Çalışma alanı gezgininden protein ligand kompleksini seçin. Görev'e gidin ve Moleküler Dinamik Desmond'u seçin.

Moleküler Dinamikler panelindeki çalışma alanından ligand protein kompleksini yükleyin. Simülasyon sekmesinden istediğiniz simülasyon zaman çizelgesini seçin. Topluluk sınıfı olarak NPT'yi seçin.

Moleküler Dinamikler panelinde işi uygun bir şekilde adlandırın. İşi yazın ve Moleküler Dinamikler penceresinden çıkmak için Kapat'a tıklayın. Moleküler dinamik hazırlığı için yazılan işi yerel bir terminal aracılığıyla gönderin.

Tamamlandıktan sonra, tamamlanan işi açın ve simülasyon süresine ilk ayarlanan zaman çizelgesinden istenen simülasyon zamanına kadar devam edin. Örneğin, 100 nanosaniye veya 200 nanosaniye. Yörünge dosyasını açın ve yörüngeyi oynatın.

Protein ligand kompleksinin nerede dengelendiğini görselleştirin ve çerçeve sayısını not edin. İşi Terminal aracılığıyla gönderin. Oluşturulan sonuçları analiz etmek için çıktı dosyası içeriğini görüntüleyin ve CSV dosyasını indirin.

CSV dosyasını açın ve bağlama enerjisini not edin. Son olarak, gösterilen denklemi kullanın ve MD simülasyonu içindeki her bir anlık görüntü için belirlenen bağlanma enerjisi değerlerinin ortalamasını alarak kompleksin serbest bağlanma enerjisini hesaplayın. Bir dağılım grafiği, QSAR modelinin birinci sınıfı için tahmin edilen aktiviteye karşı gözlemlenen aktiviteyi gösterir.

Grafik, prediktif bir aktivite değeri vermek için eğitim seti olarak birinci sınıf ile test seti olarak nükleotid olmayan ters transkriptaz inhibitörleri arasındaki uyumu temsil eder. Eğitim seti regresyon çizgisi ile iyi bir şekilde hizalanırken, test setinde küçük sapmalar vardı. Farklı ligandlardaki protein arasındaki etkileşim kuvvetleri, tüm ligandlarda lizin 101 ile hidrojen bağları ortaya çıkardı.

Serbest proteinin moleküler dinamik simülasyonları, yaklaşık 3.5 Angstrom'luk bir RMSD'de yaklaşık 60 nanosaniye sonra stabilize edildi ve protokol güvenilirliğini doğruladı. 3.5'te stabilize olan numaralandırılmış etravirin. Angstromlar, 4.5 Angstrom'da stabilize olan etravirine kıyasla HIV'in aktif bölgesinde bir ters transkriptaz daha güçlü ve daha stabil bağlanma sergiledi.

Numaralandırılan etravirinin temas zaman çizelgesi ayrıca zaman içinde daha güçlü ve daha kararlı etkileşimlere işaret etti.