04 · 蛋白上有很多凹陷,哪个口袋值得研究?

蛋白表面的凹陷,哪些适合研究?本节把共晶配体的位置、口袋之间的相似性和算法找到的腔放在一起比较,为后续对接选择区域。四组案例分别回答不同问题。

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请从 RCSB PDB 获取 EGFR 共晶结构(包括 3W32)及相关激酶结构,比较共晶配体的药效团、蛋白整体和结合口袋的相似性,再用 KLIFS 与 DoGSiteScorer 信息定位 ATP 口袋。用组图说明应选哪个口袋继续对接,并给出理由和来源。

结果出来后,可以追问:

5UG9 的 P1 和 P2 体积差不多,为什么判断对接区域时更看重残基重合数?

读懂结果

本节的问题 采用的案例 结果的含义
几个共晶配体共有哪些空间特征? EGFR:5UG9、5HG8、5UG8、5UGC 形成待检验的集合药效团。
整体蛋白与局部口袋的比较一样吗? T010 的七个 imatinib/STI 复合物 比较两种对齐范围下的几何差异。
不同激酶的位点怎样逐位比较? KLIFS 的九种激酶 对齐口袋位置,并保留缺失信息。
算法找到的腔与配体所在处重合吗? T014 的 3W32,以及 EGFR 5UG9 比较检测到的腔与参考结合区域。

1. 多个配体有哪些共有空间特征?

四个 EGFR 共晶配体的空间特征与共识簇

图 1|左边的小点代表氢键供体、受体或疏水特征,叉号代表特征簇中心;右边给出每簇的两个计数。颜色在两个面板间保持一致。

  • 这张图看什么: 左边的小点代表氢键供体、受体或疏水特征,叉号代表特征簇中心;右边给出每簇的两个计数,颜色在两个面板间保持一致。使用 5UG9、5HG8、5UG8、5UGC 四个 EGFR 共晶结构,沿用 T009 保存的对齐结果:先叠合蛋白,再对配体施加相同的刚体变换。
  • 看到什么: 四个配体提供 25 个受体点、10 个供体点和 21 个疏水点,聚成 9 个保留簇:8 个获全部四个配体支持,1 个获三个支持。
补充说明 一个配体可能贡献多个点,所以点数不等于支持它的分子数。这些药效团特征用于提出识别假设,不能换算成结合强度。

2. 整体不像的蛋白,口袋会更像吗?

imatinib 案例中整体蛋白与局部口袋的 RMSD 比较

图 2|同一色标下的整体蛋白与局部口袋 RMSD 矩阵;右边把每对结构的两个值并排。RMSD 单位为 Å,1 Å = 0.1 nm。

  • 这张图看什么: 同一色标下的整体蛋白与局部口袋 RMSD 矩阵;右边把每对结构的两个值并排。RMSD 单位为 Å,1 Å = 0.1 nm。T010 的 七个 imatinib/STI 复合物包含六个激酶结构与非激酶 3FW1(醌还原酶 2),不含 EGFR;取 STI 周围 10 Å 内的完整残基定义口袋,分别比较整体与局部 RMSD。
  • 看到什么: 21 对中有 18 对口袋 RMSD 更低;但 3FW1–1T46 的整体和口袋偏差仍约 21.6 Å、15.3 Å。本次用 Biopython 进行结构对应与叠合,结果与原教程不完全相同。
补充说明 不能只因局部值更低就称高度相似。

3. 用标准位置比较,口袋差在哪里?

KLIFS 口袋位置保守度与两两序列一致度

图 3|左边逐位比较口袋序列,右边比较激酶对。

  • 这张图看什么: 左边逐位比较口袋序列,右边比较激酶对。KLIFS 把激酶口袋对齐为 85 个标准位置。
  • 看到什么: 九种激酶中,82 个位置都有观测,只有 6 个位置在全部九种中一致。EGFR 与 ErbB2 的一致度约 0.894(分母 85),与 p110α 约 0.120(分母 83)。
补充说明 缺失位置要说明分母,不能记成相同或不同;p110α 是脂质激酶,也不能默认九种靶点有相同背景。序列差异能提示选择性问题,不能直接给出药物选择性。

4. 算法找到的腔,落在参考结合区域吗?

DoGSite 预测口袋体积与参考结合区域的比较

图 4|柱高都是口袋体积;柱顶指标左右不同:左为配体覆盖率,右为与 20 个参考残基的重合数。

  • 这张图看什么: 柱高都是口袋体积;柱顶指标左右不同:左为配体覆盖率,右为与 20 个参考残基的重合数。DoGSite3 在 3W32 和 5UG9 上找腔。
  • 看到什么: 3W32 的 P1 约 306.2 ų,覆盖参考配体约 89.7%;5UG9 的 P1、P2 体积相近,但与 20 个参考残基分别只重合 3 个、17 个。口袋预测未使用配体坐标提示,但蛋白仍采用与配体共同结晶时的构象。
补充说明 体积最大并不是唯一选择依据;两个面板柱顶指标不同,一个是配体覆盖率,一个是残基重合数。本次 **未返回 drugScore**,不能从图中读取成药性评分。

下一步

对当前 EGFR 问题,优先研究共晶配体定义的 ATP 结合区域——激酶执行功能时结合 ATP(细胞的能量分子)的位置,很多激酶抑制剂就占住这里——有实验结构位置和本次口袋比较作为依据。是否能产生合理的候选姿势,还需要下一节的重对接来检验。去之前可以先发一句追问,把口袋选择问清楚:

5UG9 的 P1 和 P2 与 20 个参考残基分别只重合 3 个和 17 个,这会怎样影响下一节的重对接?

下载第四节结果包,解压后先打开 readable-report.html。

想进一步检查什么 打开哪个文件
配体的身份与化学特征 tables/egfr_ligand_identity.csv、tables/egfr_ligand_feature_points.csv
药效团簇由哪些配体贡献 tables/egfr_ligand_pharmacophore_clusters.csv
结构之间有哪些对应原子 tables/t010_correspondence_*.csv
缺失位置如何影响比较 tables/klifs_pocket_position_conservation.csv、tables/klifs_pocket_comparable_positions.csv
每个预测口袋的数值 tables/dogsitescorer_pockets_*.csv
图中实际画了什么 figures/ 下与组图同名的 CSV
在自己的工作空间重跑 code/run_module04.py、README.md

下一节用 2ITO/IRE 与 3POZ/03P 两个体系做重对接与相互作用检查。继续第五节:对接姿势看起来合理,怎样真正检查它?。

原始教学内容:T008、T009、T010、T012、T014。作者、论文与许可见指南首页。

工具文档:KLIFS 官方说明、接口及参数说明。

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