MOE基于片段的药物设计（九）：BREED——如何重组已知配体生成新分子？

前面的 Scaffold Replacement、Fragment Growing 等方法主要依赖 Fragment Database 或规则库产生新的结构。但如果手里已经有一批针对同一靶点的已知配体及其结合构象就会出现另一个问题这些配体各有一些不错的结构片段能不能把不同配体的优势片段重新组合产生新的候选分子这就是 MOEBREED的核心用途。课程将 BREED 定义为基于一组已经对齐的配体在crossover points交叉点交换不同分子的片段从而产生新的结构。1. BREED 的基本思路假设已经有两个结合构象Ligand AA1 —— A2 Ligand BB1 —— B2它们在蛋白口袋中的三维位置已经对齐并且某些化学键在空间上高度重合。BREED 会寻找这些可以进行交换的crossover bonds然后尝试A1 —— B2 B1 —— A2也就是说它是把已有配体切成片段再按照空间上兼容的连接位置重新组合。课程将 BREED 的核心流程概括为2. 准备一组已对齐的配体BREED 的一个重要前提是输入配体需要具有合理的三维对齐关系。课程首先通过Project Search找到与当前配体相似、同样结合于人源 thrombin 的结构并将这些配体加载到当前体系中。因此这一步实际上是在建立同一靶点↓多个已知结合配体↓统一到相同的蛋白结合位点坐标系↓作为 BREED 输入如果配体之间没有合理的空间对应关系后面的片段交换也就缺乏基础。第一步打开Trypsin-like Serine Protease数据库第二步搜索1BMM。导入。下一步蛋白准备quickprep下一步重新搜索。清空搜索限制人源相似性限制保证蛋白序列以及配体的相似性在0.8选中配体然后进行搜索。去除反应性配体去除重复配体。搜索完成后导入。最终得到这样的界面。给每一个不同的配体上不同的颜色。做成这样每一个配体都是不同的颜色就准备完成了。3. 寻找 Crossover Bonds进入MOE | Compute | Fragments | BREED…打开 BREED 面板。此时 MOE 会自动分析输入配体。模型中可以看到不同配体之间空间上重叠的化学键会被标记为绿色。这些位置就是Crossover Bonds。它们代表这里存在适合进行片段交换的连接位置。随后 BREED 就可以沿这些位置切割不同配体并尝试重新组合。4. 设置筛选和结构优化BREED Panel 中可以设置输入 LigandsReceptorBond formation rulesDescriptor FilterPharmacophore FilterModel FilterMM refinementScoringOutput Database。我们首先首先使用Check Filters检查输入配体发现原来的 Descriptor Filter 过于严格比如大量配体的分子量超过了500TPSA也不满足只有少量配体能够通过。因此将条件简化为!reactive也就是主要排除具有反应性问题的结构。随后打开Minimize generated structures并选择GBVI/WSA dG作为评分函数再点击Search。5. 结果怎么筛选BREED 会不断交换不同配体的片段产生新的候选分子。教程进一步使用 Database Filter根据GBVI/WSA dG -9筛选结果。但这里仍然需要注意评分只是帮助缩小候选范围不代表实验活性。最终仍然应该浏览具体结构检查两侧片段是否保持原有合理的结合位置crossover 附近的连接是否自然是否存在明显的 ligand strain是否与蛋白发生空间冲突原有关键相互作用是否保留新组合是否具有实际的药化价值。6. BREED 的价值BREED 特别适合已经积累了一批同靶点的配体结构希望利用现有结构信息进一步探索新的组合。它和前面方法最大的区别可以简单理解成Fragment Growing一个分子向外长。Fragment Linking两个 Fragment 用 Linker 连起来。BREED多个已知配体之间交换并重组已有片段。因此 BREED 更像是在已有 SAR 和结构信息的基础上进行“结构重组式”的分子设计。小结BREED 的核心流程非常简单准备多个已对齐配体↓寻找重叠的 Crossover Bonds↓切割不同配体↓交换并重新组合 Fragment↓局部结构优化↓活性位点中 Refinement↓性质计算与 Scoring↓筛选新的候选结构所以 BREED 真正解决的问题是当我们已经拥有多个可靠的已知配体时如何充分利用这些已有结构中的“优质片段”通过重新组合快速产生新的设计方案