用动力学和热力学结合计算来改进药物设计中的AlphaFold模型的计算工作流程:关于未解决的人类非活性腺A3受体的案例研究
Margarita Stampelou1, Graham Ladds2, Antonios Kolocouris1
1Laboratory of Medicinal Chemistry, Section of Pharmaceutical Chemistry, Department of Pharmacy, School of Health Sciences, National and Kapodistrian University of Athens, Panepistimiopolis-Zografou, 15771 Athens, Greece.
这项研究开发了一种结合热力学和动力学数据的计算工作流程,以预测药物与G蛋白结合受体 (GPCRs) 的结合. 优化AlphaFold模型改善了对连接体结合亲和力和停留时间的预测,有助于药物发现.
科学领域:
- 计算化学是一种计算化学.
- 结构生物学是结构生物学.
- 药物发现 药物发现
背景情况:
- 基于结构的药物设计需要准确的受体-连接体结合数据.
- 预测结合动力学和热力学对于开发有效药物至关重要.
- G蛋白结合受体 (GPCR) 是主要的药物点,但它们的结构往往未解决.
研究的目的:
- 测试一个集成热力学和动力学结合数据的计算工作流程,用于药物设计.
- 评估同质模型和AlphaFold衍生模型对基于结构的GPCRs药物设计的实用性.
- 使用基于物理学的方法,改进人类腺素A3受体 (hA3R) 的AlphaFold衍生模型.
主要方法:
- 使用热力学集成 (TI/MD) 预测相对结合的自由能量的炼化计算.
- 居住时间 (τ) - 随机加速分子动力学 (τ-RAMD) 模拟来预测相对居住时间.
- 使用同质模型和多态AlphaFold 2 (AF2) 衍生模型用于不活跃的 hA3R.
主要成果:
- TI/MD模拟显示,在测试模型中与实验结合的自由能量有很好的相关性.
- τ-RAMD模拟准确地预测了两个同类模型的相对停留时间,但最初对AF2模型失败了.
- 对AF2衍生模型的优化,包括侧链调整,显著提高了动力 (r=0.84) 和热力学 (r=0.81) 预测准确度.
结论:
- 一个精细的AlphaFold衍生模型,结合基于物理的模拟,可以准确地预测GPCRs的联结亲和力和居住时间.
- 开发的计算工作流允许根据结合亲和力和停留时间准确排名候选药物.
- 这种方法适用于其他未解决的受体标,促进在药物发现中优先考虑化合物.
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