Taller Docking

Guía para realizar Docking Proteína-Ligando

Programas: • Autodock (ADT y ejecutables) • Maestro (Schrödinger) • Mopac • OpenBabel

Preparación del Ligando • Con el software Maestro se construye el ligando, añadiendo los ordenes de enlace y los hidrógenos correspondientes. • Luego el ligando es exportado en formato .pdb (Protein Data Bank).

Preparación del Ligando • En OpenBabel convertir el archivo .pdb a formato .mop (MOPAC Cartesian format).

Preparación del Ligando • Abrir el archivo de salida ligando.mop y agregar las KEYWORDS correspondientes en la primera línea del archivo:

• PM6 XYZ BONDS CHARGE=0 Singlet EF • Luego guardar el archivo bajo el mismo formato.

Preparación del Ligando Keywords: • PM6: Método semiempírico que usa el Hamiltoniano PM6. • XYZ : Hace todas las operaciones geométricas en coordenadas cartesianas. • BONDS: Imprime el orden de enlace entre todos los pares de átomos. • CHARGE=n: La carga en el sistema es igual a n. • Singlet: El spin de multiplicidad es Singlet (0 electrones desapareados). • EF: Utiliza la rutina EF (Eigenvector following) para buscar mínimos conformacionales.

Preparación del Ligando • Abrir el archivo ligando.mop con el programa MOPAC (Se ejecuta el cálculo de Optimización de la Estructura).

• Se arrojan dos archivos de salida: OUT y ARC . • En OpenBabel convertir el archivo de salida OUT en MOL2.

Preparación de la Proteína • La proteína es preparada en Maestro donde se añaden los hidrógenos, se asignan ordenes de enlace, se revisan estados de protonacion de los residuos, etc. Esto se logra con la herramienta “Protein Preparation Wizard”: En Maestro ir a Workflows - Protein Preparation Wizard. - En primer lugar realizar el “Preprocess” - Luego Optimizar los hidrógenos con “Optimize…” y “Minimize…”

Preparación de la Proteína • Se añaden las cargas parciales: - Tools - Assign Partial Charges • Finalmente en Project – Show Table, seleccionamos la proteína modificada la cual es guardada (Export Structures…) en formato MOL2.

Ahora tenemos los archivos listos para nuestro Docking (Proteína e inhibidor con sus cargas parciales respectivas).

Asignar Parámetros al Ligando • A través del entorno gráfico ADT AutoDock Tools, cargar el archivo ligando.mol2: – Ligand -> Input -> Open – Luego aparece una ventana de diálogo que detalla la información del ligando (hidrógenos no-polar, carbonos aromáticos, enlaces rotables, etc.) – Presionar “Ok”

Asignar Parámetros al Ligando • Asignar automáticamente un centro de rotación al ligando: – Ligand -> Torsion Tree -> Detect Root…

Asignar Parámetros al Ligando • Seleccionar las torsiones del ligando durante el Docking: – Ligand -> Torsion Tree -> Choose Torsions… – Luego Aparece una ventana de diálogo con las especificaciones de los enlaces (Rotatable, Non-Rotatable, Unrotatable) – Presionar “Done”

Asignar Parámetros al Ligando • Este paso es necesario sólo si queremos definir qué enlaces dejamos fijos o rotables cuando el ligando es muy grande. • De lo contrario se trabaja con los enlaces rotables que identifica ADT AutoDock Tools por defecto. Considerar como torsiones activas los enlaces correspondientes a las cadenas laterales del ligando: – Ligand -> Torsion Tree -> Set Number of Torsions… – Presionar “Enter” en la ventana de diálogo y cerrar

Guardar Ligando en formato PDBQT • Guardar los cambios realizados: – Ligand -> Output -> Save as PDBQT – Luego se elimina la pantalla: Edit -> Delete -> Delete All Molecules – Presionar “Continue”

Guardar Proteína en formato PDBQT • Cargar el archivo proteína.mol2: – File -> Read Molecule

Guardar Proteína en formato PDBQT – Grid -> Macromolecule -> Choose… – Clickear sobre la proteína.mol2 y presionar “Select Molecule” – Presionar “Yes” para mantener las cargas de la proteína. – En la ventana de diálogo siguiente, presionar “Ok” para comenzar la transformación de mol2 a PDBQT – Guardar la proteína en formato PDBQT – Finalmente se eliminan todas las moléculas que han sido cargadas: Edit -> Delete -> Delete All Molecules, y presionar “Continue”

Asignar Parámetros para la Grilla • Cargar la proteína en formato PDBQT: – Grid -> Macromolecule -> Open – ¿Desea mantener las cargas de la proteína? Presionar “Yes” – En las siguientes ventanas de diálogo (Warning) seleccionar Salir (“X”) para No reasignar las cargas a la proteína.

Asignar Parámetros para la Grilla • Cargar el ligando en formato PDBQT: – Grid -> Set Map Types -> Open Ligand

• Crear la Grilla: – Grid -> Grid Box… – En “Center Grid Box “ se asigna las coordenadas cartesianas dónde se centra la grilla. Criterios para ajustar el centro de la Grilla: – Elegir un átomo N – Centro de masa del ligando (átomo ROOT) – Centro de la macromolécula (formado por algunos residuos importantes en el sitio activo) • VMD (TK consola): set centro [atomselect top “resid a b c d”] measure center $centro

Asignar Parámetros para la Grilla – Además se debe seleccionar el tamaño de dimensión de la caja. – Para salir del cuadro de diálogo : File -> Close saving current – Los parámetros de la grilla son almacenados en: Grid -> Output -> Save GPF… (GRILLA.gpf)

Asignar Parámetros para el Docking • Cargar la proteína en formato PDBQT: – Docking -> Macromolecule -> Set Rigid Filename…

• Cargar el ligando en formato PDBQT: – Docking -> Ligand -> Open – En la ventana de diálogo presionar “Accept” a la descripción de los parámetros del ligando

Asignar Parámetros para el Docking • Determinar el algoritmo de búsqueda: – Docking -> Search Parameters -> Genetic Algorithm… – Presionar “Accept”

• En Docking -> Docking Parameters… dejar todo por defecto y presionar “Accept” • Los parámetros del Docking son almacenados en: Docking -> Output -> Lamarckian GA (DOCK.dpf)

Calcular la GRILLA • En la consola de linux escribir el comando:

autogrid4 -p GRILLA.gpf -l GRILLA.glg & • Se puede monitorear la ejecución de autogrid4 en consola mediante los comandos “top” o “tail -f GRILLA.glg”

Calcular el DOCKING • En la consola de linux escribir el comando:

autodock4 -p DOCK.dpf -l DOCK.dlg & • Se puede monitorear la ejecución de autodock4 en consola mediante los comandos “top” o “tail -f DOCK.dlg” • Los valores de energía y conformaciones se almacenan en el archivo DOCK.dlg

Análisis de Resultados • Abrir el archivo DOCK.dlg:

de

salida

– Analyze -> Dockings -> Open… – Presionar “Aceptar”

• Obtener más detalles en: – Analyze -> Conformations -> Play – Analyze -> Conformations -> Load

• Para guardar cada conformación en formato PDB por separado: – File -> Save -> Write PDB

Análisis de Resultados • Para visualizar las conformaciones, se utiliza un software con un Display Gráfico más optimo como VMD, PyMOL u otro. - Primero, cargar la proteína (.mol2) - Segundo, la estructura cristalográfica del ligando (.mol2) - Luego las 10 conformaciones .pdb obtenidas del archivo de salida del Docking (.dlg)

• Una forma de medir la calidad del Docking es el RMSD, cuyo valor debe ser menor que 2.0