AutoDock | |
---|---|
Sorts | Molekylär modellering |
Utvecklaren | forskningsinstitut |
Skrivet i | C / C++ |
Operativ system | Windows , macOS , Linux , Solaris |
senaste versionen | 4.2.6 (2012-08-04) |
stat | aktiva |
Licens | GPL2+ (AutoDock 4) / ASL 2.0 (AutoDock Vina) |
Hemsida | autodock.scriptps.edu |
AutoDock är ett mjukvarupaket designat för automatiserad molekylär dockning . Det används huvudsakligen för dockning av protein-ligand , inklusive att ta hänsyn till mobila proteinrester . Autodock används också för "blind dockning" när proteinets aktiva plats inte är känd.
AutoDock är ett av mjukvarupaketen som kan förutsäga bindningen av små molekyler till proteiner med känd struktur. Äkta AutoDock-distributioner inkluderar två generationer av programvara: AutoDock 4 och AutoDock Vina. AutoDock är fri programvara, vars senaste version 4 distribueras under GNU General Public License, AutoDock Vina är tillgänglig under Apache-licensen [1] [2] .
Från den allra första versionen är Autodock en kombination av 2 program: Autodock - själva dockningsprogrammet och Autogrid - ett program som låter dig beräkna potentiella rutnät . För varje receptor (en dockningsreceptor är en makromolekyl för vilken rutnät beräknas) räcker det att beräkna potentiella rutnät för varje typ av atomer en gång, vilket gör att du kan köra beräkningar för vilken ligand som helst som består av dessa atomer (en ligand i dockning är en liten molekyl för vilken en förändring är möjlig).positioner och konformationer) [1] .
AutoDock var det mest citerade dockningsverktyget 2006 [3] .
AutoDock underhålls och utvecklas av The Scripps Research Institute och Olson Laboratory [1] .
Dockning utförs i ett kubiskt område inuti receptorn (dockningsbox). Med hjälp av AutoGrid skapas en uppsättning binära filer för receptorn - potentiella rutnät. De beskriver för varje atom som ingår i dockningsboxen potentialen för dess interaktion med testatomen hos ett visst kemiskt element. Uppsättningen av dessa element bestäms av den kemiska sammansättningen av liganderna med vilka dockning krävs. För varje kemiskt element skapas 1-2 filer. För att beräkna potentialen används en poängfunktion, antingen baserad på fysiska lagar, eller empirisk eller blandad. Poängfunktioner i olika versioner av programmet kan skilja sig åt. Potentiella rutnät används för att beräkna fri energi [4] .
Liganden, förutom helheten av atomer, bindningar och laddningar, beskrivs inuti programmet med en uppsättning siffror - positionen i dockningsboxen, rotationen av alla aktiva torsionsvinklar. Autodock går igenom alla möjliga kombinationer av dessa siffror för att slutligen hitta den optimala positionen för liganden i dockningsboxen vad gäller fri energi. Därför väljs vanligtvis en kub med en sida på 10-30 ångström som dockningsbox så att den inkluderar receptorns aktiva centrum [4] .
En fullständig uppräkning av alla möjliga positioner i det aktiva stället och alla konformationer av liganden är en mycket tids- och resurskrävande uppgift. För att optimera processen använder Autodock globala minimisökalgoritmer: Monte Carlo , simulerad annealing , genetiska algoritmer : LGA (Lamarckian Genetic Algorithm) [4] .
Ett exempel på Autodock 4.2 baserat på LGA [5] :
Skapad 1990. Den första versionen är baserad på Amber kraftfältet . Poängfunktionen är summan av Lennard-Jones potentialen , den elektrostatiska potentialen och de empiriska funktionerna av energin för kovalenta bindningar , plana och torsionsvinklar [7] .
Monte Carlo- algoritmer och glödgningssimuleringar är tillgängliga i implementeringen [8] .
Det finns många förbättringar, kompletterande program för parallella lanseringar. En ny algoritm för att förbättra sökningen, när det gäller ligander med fler frihetsgrader, bygger på principen dela och erövra . Förbättrad lokal optimeringsalgoritm [9] .
Den kombinerade genetiska algoritmen LGA [10] användes för första gången för att optimera sökningen . En ny semi-empirisk poängfunktion , kalibrerad på 30 protein-ligandkomplex, tar hänsyn till riktade vätebindningar och solvatiseringsenergi [5] .
Tillagd hänsyn till sidokedjornas möjliga rörlighet. Detta uppnås genom att dela upp proteinet i två filer. Den ena delen anses vara statisk, den andra är mobil. De arbetar med den statiska delen med hjälp av AutoGrid-energiberäkningen och arbetar med den rörliga delen med samma metoder som med liganden. Nya typer av atomer har skapats, som halogener och grundläggande metalljoner. Förbättrad poängfunktion. Kalibrering på 250 strukturer från PDBBind . AutoDockTools dök upp - speciell programvara för att förbereda filer för dockning [6] .
Ett mer transparent kontrollalternativ för programutdata har lagts till, vilket gör att du kan göra en liten utdata för screening och visa en rapport för djupare analys. Vissa körtidsfel som orsakade en varning i tidigare versioner stoppar nu programmet. Detta är ett svar på screeningbehov där användaren kanske inte märker varningarna som visas. Redovisning av elektrostatiska interaktioner mellan obundna atomer i en ligand är nu aktiverat som standard. Det är också möjligt att aktivera/avaktivera med kommandot intelec on/off [4] .
AutoDock Vina är en ny generation mjukvara utvecklad av Molecular Graphics Lab. Visar en signifikant förbättring av den genomsnittliga noggrannhetsmätningen när det gäller att förutsäga bindningsställen, såväl som en märkbar dubbel ökning av hastigheten jämfört med AutoDock 4.1. En i grunden ny poängfunktion baserad på X-Score-algoritmen [11] , som utvecklades med hänsyn till utvecklingen av multiprocessorsystem. På grund av skillnader i fel och själva poängfunktionerna som används i AutoDock 4 och AutoDock Vina, kan program visa olika resultat på samma data [12] .
Det finns ett AutoDockTools (ADT) grafiskt gränssnitt associerat med Autodock som hjälper till att analysera dockning och välja bindningar i liganden som kommer att anses vara mobila. Några av funktionerna i ADT [1] nämns nedan :
Filer med filtillägget .pdb är huvudformatet för att lagra information om molekylernas konformation och struktur. Sådana filer erhålls från experimentella data erhållna genom röntgenkristallografi eller NMR-spektroskopi , eller genom metoder för att förutsäga strukturen hos molekyler. Från och med AutoDock 4 kräver dockningsproceduren två .pdbqt-filer; en för receptorn, den andra för liganden. Om det är nödvändigt att ta hänsyn till rörligheten för vissa aminosyror i ett protein, skapas en tredje fil som innehåller information om atomerna i proteinets mobila delar. Konvertering av .pdb-filer till .pdbqt-format är möjligt med AutoDock Tools [4] .
Pdbqt-filerna innehåller följande information [4] :
Som ett resultat av Autodocks arbete för en ligand erhålls en dlg-fil. Den innehåller en detaljerad rapport om hur programmet fungerar. Den innehåller resultaten av varje specifik körning med ligandens slutliga position (ligandens struktur skrivs i pdbqt-formatet), den beräknade energin, den tid som spenderas på beräkningen [4] .
Klustringsresultatet är också tillgängligt: för varje kluster visas populationen (Antal i kluster), den bästa energin (Lägsta bindningsenergin), vilken specifik körning det tillhör (Kör) [4] :
KLUSTERINGSHISTOGRAM __________________ ________________________________________________________________________________ | | | | | Clus | lägsta | springa | menar | Num | Histogram -ter | Bindande | | Bindande | i | Rank | energi | | energi | Clus | 5 10 15 20 25 30 35 _____|__________|_____|__________|_____|____:____|____:____|____:____|____:____ 1 | -3,44 | 150 | -3,44 | 2 |## 2 | -3,42 | 63 | -3,41 | 42|#x42 3 | -3,42 | 187 | -3,40 | 83|#x83 4 | -3,38 | 115 | -3,36 | 33|#x33 5 | -3,32 | 128 | -3,31 | 37|#x37 6 | -3,28 | 122 | -3,27 | 3 |### _____|__________|_____|__________|_____|_____________________________________De faktiska resultaten är energin ΔG och positionen för liganden i det aktiva stället för receptorn. Energiskillnaden mellan liganderna i den första approximationen visar hur mycket bättre en ligand binder till receptorn än den andra. Ligandens position i det aktiva stället gör det möjligt att förutsäga bindningsmekanismen [13] .
AutoDock hittar applikationer inom följande områden [1] :
Autodock används i stor utsträckning inom det vetenskapliga samfundet för både molekylär dockning och virtuell screening av stora bibliotek av föreningar (t.ex. ZINC) [14] .
Dockning används också för att söka efter enzymblockerare av patogena organismer, särskilt tuberkelbacillus topoisomeras I [15] .
Tyrosinfosfatas B-proteinet från Mycobacterium tuberculosis (Mtb) (MptpB) är en viktig virulensfaktor för bakterien som främjar överlevnaden av bakterier i makrofager . Bristen på en mänsklig ortolog gör MptpB till ett attraktivt mål för nya TB-terapier. MptpB-hämmare kan vara ett effektivt verktyg för att övervinna framväxande TB-läkemedelsresistens. Med hjälp av en strukturbaserad virtuell screeningstrategi identifierade författarna framgångsrikt en läkemedelshämmare av MptpB baserad på tiobarbiturat [16] .
Med hjälp av Autodock hittades HIV- proteashämmare [17] . I synnerhet är HIV asparaginsyrapeptidashämmare (HIV IPs) goda kandidater för läkemedelsåteranvändning.
Dessutom används dockning för att söka efter ligander som interagerar med transkriptionsfaktorer . Till exempel är HNF-1a en transkriptionsfaktor som reglerar glukosmetabolismen genom att uttryckas i olika vävnader. Potentiella mål hittades med hjälp av in silico docking [18] .
Dockning användes för att modellera interaktionerna mellan två transkriptionella regulatorer, ExuR och UxuR, med glykolyssubstrat och intermediärer, Ashwell- och Entner-Doudoroff-vägarna . För UxuR hittades två föredragna ligandbindningsställen, en lokaliserad i den C-terminala domänen och den andra upptar interdomänutrymmet. För ExuR hittades endast en föredragen plats i interdomänregionen [19] .
Autodock (främst Vina) används i stor utsträckning i ett stort antal automatiserade virtuella screeningsystem [20] [21] [22] .
World Community Grid erbjuder dig att få gratis datorkraft för att påskynda AutoDock-driven forskning [1] .
AutoDock har lanserats baserat på World Community Grid med följande projekt:
Under 2016 utvärderades olika program på ett urval av 2002 protein-ligandkomplex. Frekvensen av sammanträffanden i de positioner som hittats med hjälp av dockning uppskattades. De fall då RMSD mellan ligandens hittade och naturliga positioner inte översteg 2 Å [28] [29] ansågs vara tillfälligheter .
Bland de alternativa akademiska programmen urskiljs LeDock, rDock, UCSF Dock, medan det första programmet visade det bästa resultatet (57,4 % överensstämmelse) [29] .
Kommersiella alternativa program presterade bättre (59,8 % för GULD) än akademiska. Programmen Surflex, FlexX, Glide, LigandFit, MOE-Dock, ICM_pro, MCDock, FRED deltog också i studien. [28] .
Program | Tillfällighet | Program | Tillfällighet | |
---|---|---|---|---|
GULD | 59,8 % | Autodock Vina | 49,0 % | |
Glid (XP) | 57,8 % | AutoDock ( PSO ) | 47,3 % | |
LeDock | 57,4 % | LigandFit | 46,1 % | |
Glid (SP) | 53,8 % | MOE Dock | 45,6 % | |
Surfflex Dock | 53,2 % | UCSD DOCK | 44,0 % | |
rDock | 50,3 % | AutoDock (LGA) | 37,4 % |