如何科学合理地对待分子对接结果

如何科学合理地对待分子对接结果

这不是一个简单的问题,我没有做过系统性的研究,仅说一下经验之谈。欢迎大家留言讨论,各抒己见。将问题分解一下,本文主要回答两个问题:A、如何判断结合模式好坏?B、如何评价结合能力高低?

讨论的重点是结合模式的判断,因为我们已知现有的对接软件的打分函数预测能力非常有限,而且一般情况下是我们不能左右的。由于研究对象千差万别、研究内容错综复杂,很难有一个公认的标准去判断对错。我们对待分子对接结果的总原则是,尽可能多地获得来自实验方面的可靠信息,然后根据你对该体系的了解,做出合理的判断。若没有明确证据支持你排除某个结果,就接受它;从众多结果中,选择最合理的那个

以下探讨,是在没有实验数据、文献参考的情况下进行的,因此,可用信息不多,这也是大家普遍遇到的情况。

1、针对单个配体的分析

根据“锁钥原理”和“诱导契合”理论,配体分子能够正确结合在蛋白口袋内,其在形状上和静电分布上应当与口袋吻合(互补),并有足够多或强的相互作用力来维持。其中,疏水作用是普遍存在的,氢键应当有若干个(视乎具体情况而定,有的配体根本没有形成氢键的条件,就不应勉强)。如果还具有其他相互作用,比如,经过证实的关键作用或者与实验揭示的关键残基发生相互作用,那么,应当视其为支撑你接受该结合模式的理由。注意,我们在这里的用词是“接受”,说明我们并不具备“上帝视角”,相对而言,我们只能选择一种逻辑上解释得通、理论上更合理的结果。

2、针对多个配体的综合分析

 ① 这些配体具有相同或相似的母核或是结构类似物

这是一个非常有用的信息。这意味着,在通常情况下,它们具有相似的结合模式。因此,可寻找各配体共同的结合模式,它们的打分就相对可靠地反映了结合能力。值得注意的是,并非必须选择Pose 1才算合理,Pose 2、Pose 3也是可以的,但最好不要太靠后(除非各Pose打分本身差别很小)。

但是,这里还有个问题,怎么知道打分靠不靠谱?我们知道,打分与实验活性数据的相关性较低,但在同系物预测中,相关性可以很高!那么,我们需要找到结合模式与打分的关系(构效关系SAR)。比如,配体A比配体B多一个苯环取代基,该苯环与口袋内的苯丙氨酸Phe形成π-π堆积作用。那么,我们有理由相信,A的打分比B要好,如果不是,那就可能打分不准或结合模式有问题。

结构差异小通常导致打分差异小,有可能小到无差别或趋势相反,这都很正常。比如,配体C比配体D只多出一个无足轻重的羟基,它没有形成氢键。那么,C和D的活性可能就无显著性差异。

总之,SAR应当是可以解释的。但在实际操作中,这个过程不会一帆风顺。比如,在结合模式大体上没问题的情况下,个别配体可能不符合你总结的“规律”。在你清楚自己做什么的情况下,可以做出调整(但切勿为解释而强行“创造”)。比如,进行原位优化(in-situ minimization),或者干脆做动力学模拟,然后计算MM/PBSA结合自由能。

② 各配体结构不相似。

在没有额外信息的帮助下,我们倾向于相信对接程序。通常选择Pose 1,它的打分就是结合能力了。有一些小技巧可以帮助判断或优化,比如,该配体各Pose的打分是否普遍优于其他配体,分析其原因,如果合理,则打分合理;看全部配体的结合位置、结合取向是否大体一致,出现不一致时,其原因是否合理,剔除不合理,选择合理的;以合理的Pose的平均打分代替单一Pose的打分;采用多种打分函数进行一致性评价(consensus-based assessment)。

总之,有两个方面始终需要重点分析——结合模式与打分。打分并非只是对接程序给出的一个数值,它的意义应当建立在“正确”的结合模式基础上,打分高低应当在结合模式上找到合理解释。比如UCSF DOCK 6的Grid打分就给出了范德华力和静电力贡献。通常来说,范德华力与疏水作用、π-π堆积等非极性作用相对应,静电力与氢键、盐桥等极性作用相对应。用这样的打分来评价配体的结合能力,就相对靠谱了。