ligandscout教程–基于结构的药效团识别

摘要：Ligandscout是专业的药效团建模与虚拟筛选工具，其特性之一是基于结构的药效团识别：仅需输入复合物结构的PDB四字母代码，选择结合位点即可以从受体－配体复合物晶体结构中自动识别药效团团模型。本教程演示了如何从Ligandscout输入PDB代码下载复合物结构，指定结合位点，识别药效团模型的整个过程。

作者：肖高铿

一. LigandScout与基于结构的药效团识别

Ligandscout是专业的药效团建模与虚拟筛选工具，其特性之一是基于结构的药效团识别：从受体－配体复合物晶体结构中自动识别药效团团模型。仅需键入复合物结构的PDB四字母代码，选择活性口袋里的结合位点即可以简单的完成药效团识别。

一. 操作步骤

如图1所示，基于结构的药效团识别过程包含下面几个步骤：

用四字母代码下载PDB文件，比如1KE6;
找对正确的配体；
聚焦于活性位点，并切换到活性位点视图；
检查并修正配体的化学结构;
点击建立基于结构的药效团模型

图1. 基于结构的药效团识别

二. 实例描述

以CDK2激酶与抑制剂复合物结构1KE6为例，说明基于结构的药效团识别过程。

下载蛋白结构

在屏幕右上角键入’1KE6′, 点击按钮’Download 1ke6′, 蛋白结构会被下载下来并展示出来。

选择结合位点

黄色盒子是复合物的配体所在位置，选择正确的配体，点击对应的黄色盒子，会自动居中放大显示该配体。

结构检查与修正

鉴于PDB结构可能有误，需要仔细检查：比如原子类型、键的类型等.你可以对原子或键进行编辑，纠正，直到完全正确无误

生成药效团模型

一旦配体的化学结构正确，按‘Ctrl-F9’组合键生成药效团模型（在Mac OS X里是Cmd-F9）。你也可以点击‘Create Pharmacophore’按钮来创建药效团模型。最后你可以保存这个模型给MOE，Catalyst，Phase，FRED等使用。

虚拟筛选与保存药效团模型

点击3D视窗右上角的data exchange小部件将当前药效团复制到其它地方，比如screen prospective进行虚拟筛选；还可以通过”File>Save”菜单将当前所见的药效团另存为一个新文件。

图2.基于结构的药效团，PDB code：1KE6

三. 应用案例

1. LigandScout应用案例–基于结构的虚拟筛选发现新的碳酸酐酶VII型抑制剂

http://www.molcalx.com.cn/ligandscout_ejmc2013

De Luca, L.; Ferro, S.; Damiano, F. M.; Supuran, C. T.; Vullo, D.; Chimirri, A.; Gitto, R. Structure-Based Screening for the Discovery of New Carbonic Anhydrase VII Inhibitors. Eur J Med Chem 2013, 71C, 105–111.

在哺乳动物碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase，CA)的诸多同工酶中，hCA VII主要表达于大脑并与多个神经生理与疾病相关。已经证实hCA VII是一个有潜力的靶标，选择性的抑制剂可用于治疗癫痫和神经性疼痛。为了发现碳酸酐酶抑制剂(Carbonic anhydrase inhibitors, CAIs)全新的化学实体，作者用了一种基于结构的方法：借助于LigandScout软件从两个著名的CAI于hCA VII复合物晶体结构开始建立药效团模型，获得合并后的药效团模型。随后，用这个药效团模型筛选集中库，将感兴趣的命中化合物进一步对接到hCA VII的晶体结构中。结果识别出几个新的化合物，它们显示出nM水平的CA抑制活性

2. LigandScout应用案例-基于结构的虚拟筛选发现全新DNA促旋酶抑制剂

http://www.molcalx.com.cn/ligandscout_jmc2012

MatjažBrvar, Andrej Perdih, Miha Renko, Gregor Anderluh, Duš an Turk, Tom Solmajer. Structure-Based Discovery of Substituted 4,5’-Bithiazoles as Novel DNA Gyrase Inhibitors. Journal of Medicinal Chemistry. 2012, 55, 6413-6426.

细菌DNA促旋酶是一种久经检验并得到确认的新型抗菌药的靶标。它对细菌的DNA复制周期起到关键作用，却不存在于哺乳类动物。这使得细菌DNA促旋酶成为了发展具有选择毒性的抗菌药物的良好靶标。DNA促旋酶B亚型的ATP结合位点非常重要，并已有广泛研究。为了发现细菌DNA促旋酶B亚型ATP结合位点的全新抑制剂，作者采用了两步设计策略：第一阶段中使用LigandScout软件分析CBN（一种香豆素类抑制剂）与G24蛋白（包含ATP结合位点的N端最小的片段）之间的相互作用，构建药效团模型进行虚拟筛选，然后用分子对接方法进一步筛选；第二阶段，对第一阶段识别出来的4,5’-二噻唑结构类型构建集中库，采用对接方法进行筛选。抗菌活性测试结果确证了几个化合物具有DNA促旋酶B型的抑制活性，对其中最好的抑制剂还采用SPR、MST、DSF及X-ray等多种实验技术进行结构表征。