AutoDock | |
---|---|
Típusú | Molekuláris modellezés |
Fejlesztő | Kutatóintézet |
Beírva | C / C++ |
Operációs rendszer | Windows , macOS , Linux , Solaris |
legújabb verzió | 4.2.6 (2012-08-04) |
Állapot | aktív |
Engedély | GPL2+ (AutoDock 4) / ASL 2.0 (AutoDock Vina) |
Weboldal | autodock.scriptps.edu |
Az AutoDock egy automatizált molekuláris dokkoláshoz tervezett szoftvercsomag . Főleg fehérje-ligandum dokkolásra használják , beleértve a mobil fehérjemaradékok figyelembevételét is . Az Autodock-ot „vakdokkolásra” is használják, amikor a fehérje aktív helye nem ismert.
Az AutoDock azon szoftvercsomagok egyike, amely képes megjósolni a kis molekulák kötődését ismert szerkezetű fehérjékhez. A valódi AutoDock disztribúciók két generációs szoftvert tartalmaznak: az AutoDock 4 és az AutoDock Vina. Az AutoDock ingyenes szoftver, melynek legújabb 4-es verziója a GNU General Public License alatt, az AutoDock Vina pedig az Apache licenc alatt érhető el [1] [2] .
A legelső verziótól kezdve az Autodock 2 program kombinációja: az Autodock - a tényleges dokkoló program és az Autogrid - egy program, amely lehetővé teszi a potenciális rácsok kiszámítását . Minden egyes receptorhoz (a dokkolóreceptor egy makromolekula, amelyre rácsot számítanak ki) elég egyszer kiszámítani a potenciálrácsokat minden egyes atomtípushoz, ami lehetővé teszi, hogy számításokat hajtson végre bármely , ezekből az atomokból álló ligandumra (a dokkolóban lévő ligandum olyan kis molekula, amelynél változás lehetséges). pozíciók és konformációk) [1] .
Az AutoDock volt a legtöbbet idézett dokkolóeszköz 2006-ban [3] .
Az AutoDockot a The Scripps Research Institute és az Olson Laboratory tartja karban és fejleszti [1] .
A dokkolás a receptoron belüli köbös területen (dokkolódoboz) történik. Az AutoGrid használatával bináris fájlok készlete jön létre a receptorhoz - potenciális rácsokhoz. A dokkolódobozban lévő minden egyes atomra leírják, hogy milyen kölcsönhatásba léphet egy adott kémiai elem vizsgált atomjával. Ezen elemek halmazát a dokkoláshoz szükséges ligandumok kémiai összetétele határozza meg. Minden kémiai elemhez 1-2 fájl készül. A potenciál kiszámításához egy pontozási függvényt használnak, amely fizikai törvényeken alapul, vagy empirikusan, vagy vegyesen. A pontozási funkciók a program különböző verzióiban eltérőek lehetnek. A szabadenergia kiszámításához potenciálrácsokat használnak [4] .
A ligandumot, az atomok, kötések és töltések összessége mellett, a programon belül egy számkészlet írja le - a dokkolódobozban elfoglalt helyzet, az összes aktív torziós szög elfordulása. Az Autodock ezeknek a számoknak az összes lehetséges kombinációját végigjárja, hogy végre megtalálja a ligandum optimális helyzetét a dokkolódobozban a szabad energia szempontjából. Ezért általában egy 10-30 angström oldalú kockát választanak dokkoló doboznak , hogy az tartalmazza a receptor aktív központját [4] .
Az aktív hely összes lehetséges pozíciójának és a ligandum összes konformációjának teljes felsorolása nagyon idő- és erőforrás-igényes feladat. A folyamat optimalizálására az Autodock globális minimum keresési algoritmusokat használ: Monte Carlo , szimulált lágyítás , genetikai algoritmusok : LGA (Lamarckian Genetic Algorithm) [4] .
Példa az LGA-n alapuló Autodock 4.2-re [5] :
Létrehozva 1990-ben. Az első verzió az Amber erőtéren alapul . A pontozási függvény a Lennard-Jones- potenciál , az elektrosztatikus potenciál és a kovalens kötések energiájának tapasztalati függvényeinek összege, a sík- és torziós szögek [7] .
Monte Carlo algoritmusok és lágyítási szimulációk állnak rendelkezésre az implementációban [8] .
Számos fejlesztés, kísérőprogram létezik a párhuzamos indításokhoz. Az oszd meg és uralkodj elvén alapszik egy új algoritmus a keresés javítására a nagyobb szabadságfokú ligandumok esetében . Továbbfejlesztett helyi optimalizálási algoritmus [9] .
Az LGA kombinált genetikai algoritmust [10] először használták a keresés optimalizálására . Egy új, félig empirikus pontozási függvény, amelyet 30 fehérje-ligandum komplexen kalibráltak, figyelembe veszi az irányított hidrogénkötéseket és a szolvatációs energiát [5] .
Az oldalláncok lehetséges mobilitásának figyelembevétele. Ezt úgy érik el, hogy a fehérjét két fájlra osztják. Az egyik rész statikusnak számít, a másik mobil. A statikus résszel az AutoGrid energiaszámítással, a mozgó résszel pedig ugyanazokkal a módszerekkel dolgoznak, mint a ligandum esetében. Új típusú atomokat hoztak létre, például halogéneket és bázikus fémionokat. Továbbfejlesztett pontozási funkció. Kalibrálás 250 struktúrán a PDBBind -től . Megjelent az AutoDockTools - speciális szoftver a fájlok dokkoláshoz való előkészítésére [6] .
Átláthatóbb programkimenet-vezérlési lehetőség került hozzáadásra, amely lehetővé teszi, hogy kis kimenetet készítsen szűréshez, és jelentést jelenítsen meg a mélyebb elemzés érdekében. Néhány futásidejű hiba, amely figyelmeztetést okozott a korábbi verziókban, most leállítja a programot. Ez a szűrési igényekre adott válasz, ahol a felhasználó esetleg nem veszi észre a megjelenő figyelmeztetéseket. A ligandum kötetlen atomjai közötti elektrosztatikus kölcsönhatások számítása alapértelmezés szerint engedélyezve van. Az intelec be/ki paranccsal [4] is lehetséges az engedélyezés/letiltás .
Az AutoDock Vina egy új generációs szoftver, amelyet a Molecular Graphics Lab fejlesztett ki. Jelentős javulást mutat az átlagos pontossági mutatók terén a kötési helyek előrejelzésében, valamint észrevehető kétszeres sebességnövekedést mutat az AutoDock 4.1-hez képest. Alapvetően új, X-Score algoritmuson alapuló pontozási függvény [11] , amelyet a többprocesszoros rendszerek fejlődésének figyelembevételével fejlesztettek ki. Az AutoDock 4-ben és az AutoDock Vina-ban használt hibák és maguknak a pontozási függvényeknek a különbségei miatt a programok eltérő eredményeket mutathatnak ugyanazon az adatokon [12] .
Az Autodock-hoz tartozik egy AutoDockTools (ADT) grafikus felület, amely segít a dokkolás elemzésében és a ligandumban a mobilnak tekinthető kötések kiválasztásában. Az ADT [1] néhány funkcióját az alábbiakban említjük :
A .pdb kiterjesztésű fájlok jelentik a fő formátumot a molekulák konformációjával és szerkezetével kapcsolatos információk tárolására. Az ilyen fájlok röntgenkrisztallográfiával vagy NMR-spektroszkópiával , vagy a molekulák szerkezetének előrejelzésére szolgáló módszerekkel nyert kísérleti adatokból származnak . Az AutoDock 4-től kezdve a dokkolási eljáráshoz két .pdbqt fájl szükséges; az egyik a receptor, a másik a ligandum. Ha figyelembe kell venni néhány aminosav mobilitását egy fehérjében, akkor egy harmadik fájl jön létre, amely információkat tartalmaz a fehérje mozgékony részeiben lévő atomokról. A .pdb fájlok .pdbqt formátumba konvertálása lehetséges az AutoDock Tools [4] segítségével .
A pdbqt fájlok a következő információkat tartalmazzák [4] :
Az Autodock egy ligandumra végzett munkájának eredményeként egy dlg fájlt kapunk. Részletes beszámolót tartalmaz a program működéséről. Tartalmazza az egyes futtatások eredményeit a ligandum végső helyzetével (a ligandum szerkezete pdbqt formátumban van írva), a számított energiával, a számításra fordított idővel [4] .
A klaszterezés eredménye is elérhető: minden klaszternél megjelenik a sokaság (Num in cluster), a legjobb energia (Lowest kötési energia), mely konkrét futáshoz tartozik (Run) [4] :
CLASZTEROZÁSI HISZTOGRAM ____________________ _____________________________________________________________________________________ | | | | | Clus | mélynyugati | futni | jelent | Szám | Hisztogram -ter | Kötés | | Kötés | in | Rang | energia | | energia | Clus | 5 10 15 20 25 30 35 _|___________|_____|___________|_____|____:____|____:____|____:____|____:___ 1 | -3,44 | 150 | -3,44 | 2 |## 2 | -3,42 | 63 | -3,41 | 42|#x42 3 | -3,42 | 187 | -3,40 | 83|#x83 4 | -3,38 | 115 | -3,36 | 33|#x33 5 | -3,32 | 128 | -3,31 | 37|#x37 6 | -3,28 | 122 | -3,27 | 3 |### _|___________|_____|_______________|_____|___________________________________________A tényleges eredmények a ΔG energia és a ligandum pozíciója a receptor aktív helyén. A ligandumok energiakülönbsége az első közelítésben azt mutatja, hogy az egyik ligandum mennyivel jobban kötődik a receptorhoz, mint a másik. A ligandum pozíciója az aktív helyen lehetővé teszi a kötődési mechanizmus előrejelzését [13] .
Az AutoDock a következő területeken talál alkalmazást [1] :
Az Autodockot széles körben használják a tudományos közösségben mind molekuláris dokkolás, mind nagy vegyületkönyvtárak virtuális szűrésére (pl. ZINC) [14] .
A dokkolást a patogén organizmusok, különösen a tubercle bacillus topoizomeráz I enzimblokkolók keresésére is használják [15] .
A Mycobacterium tuberculosis (Mtb) (MptpB) tirozin-foszfatáz B fehérje a baktérium fontos virulenciafaktora , amely elősegíti a baktériumok túlélését a makrofágokban . A humán ortológus hiánya vonzó célponttá teszi az MptpB-t az új TB-terápiák számára. Az MptpB-inhibitorok hatékony eszközt jelenthetnek a kialakuló tuberkulózis-gyógyszer-rezisztencia leküzdésére. Struktúra alapú virtuális szűrési stratégia segítségével a szerzők sikeresen azonosították az MptpB tiobarbiturát alapú gyógyszer-gátlóját [16] .
Az Autodock segítségével HIV proteáz inhibitorokat találtak [17] . Különösen a HIV aszparaginsav-peptidáz inhibitorok (HIV IP-k) jó jelöltek a kábítószer-újrafelhasználásra.
Ezen túlmenően, a dokkolást olyan ligandumok keresésére használják, amelyek kölcsönhatásba lépnek a transzkripciós faktorokkal . Például a HNF-1a egy transzkripciós faktor, amely szabályozza a glükóz metabolizmusát azáltal, hogy különböző szövetekben expresszálódik. A potenciális célpontokat in silico dokkolás segítségével találták meg [18] .
A dokkolást két transzkripciós szabályozó, az ExuR és az UxuR, a glikolízis szubsztrátokkal és intermedierekkel, az Ashwell és az Entner-Doudoroff útvonalak kölcsönhatásának modellezésére használták . Az UxuR esetében két előnyben részesített ligandumkötő helyet találtunk, az egyik a C-terminális doménben, a másik pedig a tartományok közötti teret foglalja el. Az ExuR esetében csak egy preferált helyet találtak az interdomain régióban [19] .
Az Autodock (főleg a Vina) széles körben használatos számos automatizált virtuális szűrőrendszerben [20] [21] [22] .
A World Community Grid felajánlja, hogy ingyenes számítási teljesítményhez juthat az AutoDock-alapú kutatás felgyorsítása érdekében [1] .
Az AutoDock a World Community Grid alapján indult a következő projektekkel:
2016-ban különböző programokat értékeltek 2002 fehérje-ligandum komplex mintán. Megbecsültük a dokkolás segítségével talált pozíciók egybeesésének gyakoriságát. Azokat az eseteket, amikor a ligandum talált és natív pozíciója közötti RMSD nem haladta meg a 2 Å -t [28] [29] , véletlennek tekintettük .
Az alternatív akadémiai programok közül a LeDock, rDock, UCSF Dock kiemelkedik, míg az első program mutatta a legjobb eredményt (57,4%-os egyetértés) [29] .
A kereskedelmi alternatív programok jobban teljesítettek (59,8% a GOLD esetében), mint az akadémiai programok. A vizsgálatban a Surflex, FlexX, Glide, LigandFit, MOE-Dock, ICM_pro, MCDock, FRED programok is részt vettek. [28] .
A program értékelésének eredményei [28]Program | Véletlen egybeesés | Program | Véletlen egybeesés | |
---|---|---|---|---|
ARANY | 59,8% | Autodock Vina | 49,0% | |
Glide (XP) | 57,8% | AutoDock ( PSO ) | 47,3% | |
LeDock | 57,4% | LigandFit | 46,1% | |
Siklás (SP) | 53,8% | MOE dokkoló | 45,6% | |
Surflex dokkoló | 53,2% | UCSD DOCK | 44,0% | |
rDock | 50,3% | AutoDock (LGA) | 37,4% |