反向对接如何应用于药物的重新定位?

反向对接如何应用于药物的重新定位?

 导语

药物重新定位是解决全球医药巨头目前面临的“生产力差距”有希望的方法,这种策略将以节省大量成本和时间来鉴定新的更好的治疗药物,对于发现治疗罕见病所需的创新药物尤其重要。

而反向对接证明是药物重新定位的有力工具, 它涉及将一个小分子药物/配体对接在一组临床相关的大分子靶标的潜在结合腔中, 结合特征的详细分析和结合紧密度对目标的排名。 该过程可潜在地鉴定可能与其作用机制和/或副作用特征相关的药物/配体的新分子靶标, 反向对接的另一个潜在应用是在药物发现周期的首席发现和优化阶段。

1.反向对接的概念

所谓的“反向对接”,即筛选出一种小分子药物或配体与一系列临床相关的大分子靶标的结合互补性。最终结果根据一系列打分排列的靶标列表,排名最高的靶标可能导致与药物或配体的潜在结合,并可能与药物重新定位有关。

2.反向对接的应用

A.小分子的靶标确证

药物靶标确定是药物发现的第一步,反向对接作为补充实验方法的策略之一,已经成为确定给定化合物潜在靶标的有效工具之一,也可用于发现药物或天然化合物的未知新颖靶标。

一个有趣的应用,1,3,5-三氮杂卓-2,6-二酮骨架化合物库与2150个药物活性位点集合的PDB数据库进行高通量对接用于靶标确证。实验评估中优先考虑五个命中的靶标(排名前2%的得分目标),筛选的PLA2靶点被证实在微摩尔范围内与1,3,5-三氮杂卓-2,6-二酮分子具有亲和力的靶标。

B.脱靶效应(off-target effects)预测

小分子药物除与其潜在靶标作用,与其他大分子相互作用会导致脱靶效应,这些相互作用可能具有药代动力学或毒理学的影响。使用网络药理学和反向对接,研究了Torcetrapib(CETP)的脱靶效应(导致死亡率增加和不良心血管作用):将Torcetrapib对接到基于丰富信号传导途径的一组蛋白质靶标中,结果发现Torcetrapib具有脱靶效应的四个靶标。联合使用网络药理学、系统生物学和反向对接进行脱靶效应的潜在靶标的确证。

另一个涉及激酶抑制剂选择性和脱靶效应的类似应用中,靛红衍生物进行虚拟“反向”筛选以鉴定其潜在靶标。 除了已知的靶标外,PDK1被发现是其中一种衍生物的靶标。该假说在体外激酶测定和依赖于PDK1的相关功能测定中被快速测试。实验结果验证了反向对接筛选假说。

C.大分子靶标成药性分析

人类基因组计划的成功完成引起了蛋白质结构鉴定前所未有的进步,这些蛋白质可能是新药物的潜在靶标。这些新确定的靶标的系统性靶标验证研究可能会导致破坏疾病进程的独特机会。考虑到药物发现工作的效用,评估靶标的“成药性”至关重要。一种可能的解决方案是寻找其可药用性已知的同源蛋白质。药物靶点的可用性低限制了这种方法的使用。

另一个选择是搜索“可结合性”假定药物的能力。研究人员使用涉及非冗余成药靶标和低成药能力的靶标大规模逆向对接和疾病相关35种药物,发现成药组的平均对照分数大于相应的低成药组。该研究基于对接打分,从较少的药物结合位点区分潜在的药物结合位点。六种酶中,经常发现氧化还原酶、而水解酶、裂解酶和异构酶是较少药物类的一部分。目前的研究涉及反向对接研究中迄今为止数量最多的靶标结构。

D.蛋白功能预测

上述反向对接研究的扩展中,进行了酶的大规模蛋白质功能预测。研究的目的是评估对接是否包含可用于预测蛋白质功能的有用信息。反向对接的结果与序列,结构和结合位点相似性的这种结果可以用于推断蛋白质功能,用ROC曲线对结果进行分析评估。

3.总结

对于任何反向对接研究,大分子靶标数据库是影响结果最关键的因素。对于一种特定的蛋白质,PDB数据库中可以存在结合多种配体的多种结构和具有结合位点的代表构象,包括许多结构将显着增加计算成本。与正向对接相比,反向对接涉及搜索整个蛋白质表面以获得可能的配体结合位点。即使已知靶标3D结构配体的结合位点,用于反向对接研究药物或配体可能结合在其他位点。因此,强大且快速的结合位点检测算法是一个重要的要求。

参考资料

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