Keserű György Miklós (szerk.)

Gyógyszerkémia


4.6.2.2. Dokkolás

A dokkolás lényegében a konformációs analízis egy speciális esetének tekinthető, ahol a kismolekula belső szabadsági fokainak változtatása mellett a kismolekula és a makromolekula kölcsönös térbeli helyzetét meghatározó három eltolási és három forgatási szabadsági fokot is változtatjuk. Ily módon tehát a konformációkeresés közben egyszerre változtatjuk a dokkolandó molekula alakját és a kötőhelyen elfoglalt pozícióját. A dokkolás célja a kötőkonformáció megtalálása. A dokkolás hatékonyságát a mintavételezés és a kötőkonformációk rangsorolásának együttes hatékonysága adja. A dokkolás lehetséges hibái is erre a két összetevőre vezethetők vissza, így beszélhetünk mintavételezési (sampling error) vagy rangsorolási hibákról (ranking error). A dokkolás során a ligandum kötéshosszait és szögeit, a gyűrűk, kettős és hármas kötések, valamint szimmetrikus csoportok torziós szögeit általában nem változtatjuk. A ligandum kezelésének szempontjából megkülönböztetünk merev és flexibilis dokkoló algoritmusokat. A merev dokkoló módszerek (pl. a DOCK [Kuntz és mtsai, 1982] program első verziói) a ligandumoknak egyszerre csak egy adott konformációját képesek dokkolni. Mivel ez rendkívül gyors, ezért lehetőség van előre generált konformerkönyvtárak szekvenciális dokkolására, és ezáltal a ligandum flexibilitásának figyelembevételére. Növelheti a hatékonyságot, hogyha több konformerből álló alkönyvtárakat egyszerre dokkolunk. A flexibilis dokkoló módszerek ezzel szemben a ligandumoknak csak egy konformerét igénylik, és a konformációk generálását a kötőhelyen végzik. Idetartoznak a stochasztikus mintavételezést alkalmazó Monte Carlo-módszeren (pl. ICM [Abagyan és mtsai, 1994]) vagy genetikus algoritmuson (pl. GOLD [Jones és mtsai, 1995]) alapuló eljárások. A Monte Carlo-módszerek a ligandum véletlenszerűen kiválasztott konformereiből indulnak ki. Ezután a kötőhellyel kialakított kölcsönhatások alapján döntenek az adott konformáció megtartásáról vagy elvetéséről. A genetikus algoritmusok a ligandum lehetséges kötőkonformációit kromoszómákként kezelik, amelyek génjei egy-egy szabadsági foknak felelnek meg. A módszer az evolúció szabályai szerint választja ki a legalacsonyabb energiájú kötőkonformációkat. Alapvetően más megközelítést alkalmaznak az ún. inkrementális dokkoló eljárások (pl. FlexX [Rarey és mtsai, 1996]). Itt a molekulát először fragmensekre bontjuk, majd viszonylag merev szerkezetű és specifikus kölcsönhatási pontokat tartalmazó alapfragmenseket választunk ki, amelyeket a kötőhelyre dokkolunk. Az algoritmus azonosítja a kötőhely betölthető kölcsönhatási pontjait, ezeket háromszögekként ábrázolja, és arra törekszik, hogy az alapfragmens ezek közül minél többet elfoglaljon. A következő lépésben történik az alapfragmenshez kapcsolódó flexibilis molekularészek dokkolása, és így a teljes ligandum felépítése a kötőhelyen. Az alapfragmensek illesztésének pontossága nagyban befolyásolja a molekula távolabbi részeinek helyes felépítését. Az inkrementális módszer előnye, hogy a lehetséges kötőkonformációk száma a kötőhely sztérikus feltételeinek figyelembevételével gyorsan csökken. Mivel az alapfragmens pozicionálása nagyon alapos mintavételezéssel történik, ezért az ilyen típusú dokkoló módszerek különösen alkalmasak lehetnek fragmensek és kombinatorikus könyvtárak dokkolására. Említést érdemel, hogy az ún. szintetikusan hozzáférhető, vagyis kémiai építőkövekből kémiai szintézisek által létrehozható, ún. implicit óriás (milliárdos) virtuális molekulakönyvtárak dokkolására kifejezetten alkalmasak az inkrementális dokkolók (Beroza és mtsai, 2022). Az ún. szisztematikus módszerek közé tartozik a Glide (Friesner és mtsai, 2004; Halgren és mtsai, 2004), amely a nagyon alapos mintavételezési eljárásból származó nagy mennyiségű konformert egy hierarchikus szűrési eljárással igyekszik leszűkíteni a legvalószínűbb kötőkonformációkra. A Glide a fehérjeszerkezetet egy rácsmodellel ábrázolja, így a dokkolás a receptor rácspontjaira előre kiszámolt kölcsönhatási felület alapján történik. A rácsfelületek számítása ugyan sokáig tart, de ezt a dokkolás során csak egyszer kell megtenni, így nagy virtuális könyvtárak gyorsabban szűrhetők.
Egyes dokkoló algoritmusok a makromolekulák flexibilitását egyáltalán nem, vagy csak korlátozott mértékben veszik figyelembe. Ugyanakkor tudjuk, hogy a makromolekulák különböző energiatartalmú konformációk sokaságaként írhatók le, ahol az egyes konformációk arányát adott hőmérsékleten Boltzmann-valószínűségükből számíthatjuk. Az ún. indukált illeszkedés (induced fit) során a ligandumok a makromolekulával alkotott kölcsönhatások által az egyes makromolekula-konformációk relatív betöltöttségét jelentősen megváltoztathatják, és így egy korábban csak kis arányban jelen levő makromolekula-konformáció dominánssá válhat. Ez történik aktivátor (agonista) típusú molekulák kötődésekor is, ilyenkor a célmakromolekula jelentős konformációs átalakuláson megy keresztül, és jelátviteli kaszkádot indít be. Ez azt jelenti, hogy például egy agonista ligandumot üres vagy gátló (antagonista) molekulával kristályosított merev fehérjeszerkezetbe általában csak pontatlanul tudunk dokkolni. Jelentős eltérések lehetnek azonban különböző antagonisták komplexei között is. Sőt, Steuber és munkatársai az aldóz-reduktáz enzim esetében ugyanazzal a ligandummal, de különböző kristályosítási körülmények mellett különböző fehérjekonformációkat azonosítottak (Steuber és mtsai, 2006). Ez jól mutatja, hogy a merev makromolekulába történő dokkolás sok esetben nem alkalmas a ligandum kötőkonformációjának előrejelzésére. Mivel azonban a VS során nagyon nagy számú ligandum dokkolását kell elvégeznünk, a jelenleg használatos ún. gyorsdokkoló programok a fehérjét mereven kezelik. Ezért ha egy fehérjéről több kristályszerkezet is rendelkezésre áll, érdemes vagy mindegyikbe dokkolni (ha a számítógépes kapacitás engedi), vagy dúsulási teszteket végezni (lásd 4.6.3. fejezet) annak eldöntésére, hogy melyik kristályszerkezet alkalmas több, különböző szerkezetű aktív ligandum azonosítására. A dokkoló programok különböző módszerekkel igyekeznek figyelembe venni a fehérje flexibilitását. Az egyik talán legegyszerűbb módszer a dokkoló program energiafüggvényében a van der Waals-energiatagok tompítása, így a kötőhelyen kisebb ütközések is elfogadhatóvá válnak. Ennél jobban közelíti a valóságot az, amikor néhány kiválasztott (pl. ligandumkötésben gyakran szerepet játszó) makromolekula-oldalláncot flexibilisen kezelünk (pl. GOLD 5.0). Kisebb oldal- és akár főláncmozgások modellezésére alkalmas lehet a ligandum jelenlétében végzett molekuladinamika-szimuláció, azonban a nagyobb oldal- és főláncmozgások modellezése jelentős számítógépes kapacitást igényelhet.
Amennyiben a ligandumokra nézve rendelkezünk farmakofór jellegű információval, akkor a dokkolások során lehetőség van ezek felhasználására ún. farmakofór-kényszerfeltételek definiálásával. Ilyen feltétel lehet például a makromolekula egy adott funkciós csoportjával egy hidrogénhíd kialakítása vagy egy lipofil karakterű kötőzseb lipofil csoportokkal való kitöltése. A farmakofórinformáció felhasználása szinte minden esetben gyorsítja a dokkolást és javítja a valós aktívak megtalálási arányát, esetenként azonban kizárhat olyan molekulákat is, amelyek teljesen új módon kötődnek a fehérjéhez.
A dokkolás során fontos megvizsgálni a kötőhelyen levő vízmolekulák szerepét. A kötőhely általában számos vízmolekulát tartalmaz, amelyek között lehetnek a ligandumok kötődésében kulcsszerepet játszó ún. szerkezeti vizek is. Szerkezeti víz jelenlétére utal, ha egy vízmolekula különböző ligandumokkal kristályosított fehérjeszerkezetekben ugyanabban a pozícióban található, és hidrogénhidakat képez a ligandumokkal. Ezeket a dokkolás során érdemes explicit módon figyelembe venni.
A dokkolás után lehetőség van a szerkezet további finomítására is, amely általában javítja a különböző molekulák pontozásának és rangsorolásának hatékonyságát. Ezt az optimalizálást érdemes olyan erőtérben végezni, amelyre a különböző molekulák rangsorolására használt függvény is épül. A kötőkonformáció általában ilyenkor nem változik számottevően, azonban így kijavíthatunk kisebb ütközéseket, amelyeket a dokkoló algoritmus értékelő függvénye nem vett kellő súllyal figyelembe, viszont a különböző molekulák rangsorolásához használt, kevésbé megengedő függvények nagy energiatagokkal büntethetnek. Ebben a lépésben mind a ligandum, mind a makromolekula oldalláncainak mozgását figyelembe vehetjük.

Gyógyszerkémia

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 145 0

A kötet az Akadémiai Kiadónál 2011-ben Gyógyszerkutatás kémiája címen megjelent kézikönyv hagyományaira alapozva a kismolekulás gyógyszerkutatás eszköztárára és módszertanára fókuszál. Újdonságot jelent a magyar nyelvű szakirodalomban, hogy a modern gyógyszerkémiai felfogásnak megfelelően nem pusztán a meglévő gyógyszerkincs kémiáját mutatja be, hanem betekintést enged a kismolekulás gyógyszerek felfedezésének stratégiájába is.

Hivatkozás: https://mersz.hu/keseru-gyogyszerkemia//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave