08 · 两个激酶相似,究竟是哪一方面相似?
两个靶点“相似”,究竟相似在哪里?本节用口袋序列、口袋结构、相互作用和配体活性四个视角比较九种激酶,再为 EGFR 提出选择性研究问题。分子在多个靶点上的选择性仍需单独测量。
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请自行从 RCSB PDB、KLIFS 和 ChEMBL 获取 EGFR 及 8 个相关激酶的数据,从序列、口袋结构、相互作用指纹和配体活性四个角度比较相似性。用组图展示四个视角的一致与冲突,并提出 EGFR 选择性研究的优先核查对象。
结果出来后,可以追问:
为什么相互作用指纹那个视角说 EGFR 最像的是 CDK2,不是 ErbB2?我该信哪个?
读懂结果
| 视角 | 比较的对象 | 本次怎样得到结果 |
|---|---|---|
| 口袋序列 | KLIFS 预先对齐的 85 个位置 | 查询 9 条人源口袋序列,重算加权相似度与距离 |
| 口袋结构 | KiSSim 几何与理化描述符 | 从原教程保存的 1,611 × 1,032 描述符表重算距离 |
| 相互作用 | 85 个位置 × 7 类接触的 595 位指纹 | 按原教程的结构 ID 查询 KLIFS,取回 1,466 份指纹并重算 Jaccard 距离 |
| 配体活性 | 共同测量中对双方都活跃的化合物比例 | 使用原教程已保存的矩阵;没有逐化合物原始记录,不能恢复测量分母 |
1. 每个靶点有多少数据可用?
图 1|各激酶的结构覆盖与四种数据来源。横轴使用对数刻度的面板,柱长不能直接理解为数量比例。
- 这张图看什么: 九种靶点各自的结构覆盖与四种数据来源;九种靶点为 EGFR、ErbB2、PI3K p110α、VEGFR2、BRAF、CDK2、LCK、MET、p38α,其中 p110α 是脂质激酶。
- 看到什么: 原教程清单有 1,620 个结构,KiSSim 表缺 9 个,相互作用查询缺 154 个。EGFR 有 357 份 KiSSim 描述符,ErbB2 仅 4 份。
补充说明
缺失不能记成零接触;配体活性视角缺原始逐化合物记录,测量分母无法恢复。2. 四种距离各自怎么读?
图 2|四视角与等权综合的距离热图。每张热图按同一顺序排列靶点,各视角分别做 min–max 归一化再等权平均;颜色越浅,归一化距离越小。
- 这张图看什么: 四张热图按同一顺序排列靶点,各视角分别做 min–max 归一化再等权平均得到综合距离;颜色越浅,归一化距离越小。
- 看到什么: 序列视角只比较 85 个口袋位置。EGFR 与 ErbB2 有 9 个位置不同,完全一致为 76/85≈89.4%;BLOSUM62 加权相似度约 0.941,不是序列一致百分比。口袋结构与相互作用视角在所有可用结构对中取最小距离,回答“是否有一对很像”。配体活性矩阵沿用原教程:每个靶点–分子组合取最大 pIC50,以 ≥ 6.3 判活跃,双方都活跃数除以双方都测过数。其相似度对角线不必为 1,距离矩阵另设为 0。
补充说明
最小距离不代表平均构象。综合距离是各视角先归一化再平均,并不是四份名次的平均;保存矩阵无空值不证明测量覆盖充分。3. 四个视角的排序一致吗?
图 3|比较同一批靶点对的距离排序:四个视角两两之间的 Spearman 相关。
- 这张图看什么: 同一批靶点对上,四个视角两两之间的距离排序 Spearman 相关;这里比较的是排序关联,不是预测准确率。
- 看到什么: 口袋几何与相互作用指纹的 Spearman 相关约 0.728,口袋序列与几何约 0.704,几何与配体活性约 0.315。
补充说明
不同视角并非互相替代。36 个靶点对来自九个靶点,不是 36 个独立生物样本,也不足以建立普遍的选择性规律。4. 结构数量会影响最近邻吗?
图 4|结构对数量、等量抽样和邻居排名连起来看:每次抽取 4 份结构、重复 500 次。
- 这张图看什么: 把结构对数量、等量抽样和邻居排名连起来看:每次抽取 4 份结构、重复 500 次。
- 看到什么: EGFR–CDK2 比较 302,736 对结构,EGFR–ErbB2 仅 1,428 对;比较机会越多,越容易找到一对小距离。每个激酶抽四份结构、重复 500 次后,ErbB2 只有 105 次(21%)仍是 EGFR 的 KiSSim 最近邻;两者最小距离均值由全样本的 16.39 变为约 20.31。本次使用全部可用结构对计算距离,并另存仅用每个靶点第一份结构的对照,便于检查选取结构的影响。
补充说明
这是当前结构样本的敏感性检查,不是选择性概率。5. 综合比较之后,该核查什么?
图 5|EGFR 的四视角邻居、口袋差异与综合比较。
- 这张图看什么: EGFR 在四个视角下各自的最近邻(下表列出),以及等权综合距离的排序;注意各视角原始距离单位不能直接互比。
- 看到什么: EGFR 在不同视角下的最近邻如下,原始距离单位不能直接互比:
| 观察视角 | EGFR 最近的另一个靶点 | 原始距离 |
|---|---|---|
| 口袋序列 | ErbB2 | 0.0590 |
| 口袋几何 | ErbB2 | 16.3920 |
| 相互作用指纹 | CDK2 | 0.1111 |
| 配体活性参考 | ErbB2 | 0.4342 |
综合距离最近为 ErbB2(0.345),其次 LCK(0.480)、VEGFR2(0.488)。CDK2 在相互作用视角突出,值得回看实际结构对、配体与构象。
补充说明
综合距离不能换算成亲和力、选择性倍数或药物安全性;下一步需要具体分子的可比较实验测量。下一步
据此选择要核对的共晶结构(蛋白和小分子一起结晶的实验结构,能直接看到分子怎样躺在口袋里)、匹配的活性测量和后续计算对象。继续第九节:同一个分子,字符串、图和三维坐标各学到什么?,换用独立的 QM9 分子数据,比较模型怎样读取 SMILES、分子图和三维坐标。
去之前可以先发一句追问,把本节的分歧收拢成待核查清单:
EGFR 在相互作用指纹视角下的最近邻是 CDK2 而不是 ErbB2,综合距离最近的却是 ErbB2(0.345)——请列出支撑这两个结论的实际结构对、配体与构象,我该优先核对哪些?
下载本节完整结果包,解压后先打开 readable-report.html。
| 想检查什么 | 打开哪个文件 |
|---|---|
| 本节各项结果与结论怎样串起来 | readable-report.html |
原始教学内容:TeachOpenCADD T023–T028、KLIFS 数据与 OpenCADD 接口说明。
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