计算钓靶的工具及应用

计算钓靶的工具及应用

导语

虚拟筛选用于搜索最有可能结合特定靶标的分子化合物库,相反地,反向筛选是确定搜索分子最可能的靶标,因此,反向筛选也称计算钓靶或逆向药理学。这种方法能够预测搜索分子的生物活性或其作用机制。此外,这些技术可用于预测化合物的不良反应、检测药物多药理或药物重新定位。

已知的药物平均有六种分子靶标,它们具有活性。多药理学和小分子与多种蛋白质相互作用的能力,对于合理设计更有效和更低毒性的药物是特别有意义的。药物重新定位,发现已知药物的新用途的过程,是探索替代适应症的有潜力的方法。

1.钓靶的计算工具

A.分子相似性

靶标预测最简单的方法是基于化学相似性和使用数百万个小分子的生物活性数据。此方法基于“化学相似性原理”,指出相似的分子可能具有相似的性质。

因此,可以通过确定与查询分子高度相似的已知配体的蛋白来预测分子的靶标。此方法的优点是它们只需要计算化合物之间的相似性。

 

B.数据挖掘和机器学习

计算钓靶方法的主要挑战之一是确定搜索分子与其预测靶标结合的生物学结果,因此,开发了更为复杂的方法。数据挖掘和基于机器学习的方法,也称为化学基因组学方法,通常结合指纹和某些类型的机器学习方法开发预测模型,通过机器学习自动提取目标名称和化学子结构之间的关联。然后以多靶标模型的形式存储与特定靶标结合的相关化学特征。

 

C.基于蛋白结构的方法

可以使用药效团搜索或蛋白-配体相互作用指纹进行化合物靶标预测。 这些方法仅限于具有解析结构的靶标。

将搜索分子与大量X射线分辨结构对接需要较大的计算能力或非常大的时间量。已经开发了用于钓靶的一些对接程序和服务器,称为反向对接方法。

2.研究案例

辣椒素是辣椒的一个组成部分,是辣椒属的生物碱,在世界范围内在食品、香料和药物中使用。辣椒素已被用作传统医学治疗肌肉疼痛和头痛,改善循环,消除肠道保护作用,并对抗许多类型的癌症。它通常被添加到草药制剂中,因为它作为其他草药的催化剂并且有助于它们的吸收。结果,辣椒素已经成为令人兴奋的药理学药剂,并且正在探索其在不同临床条件下的应用。然而,辣椒素治疗作用的机制尚不清楚。

靶点钓鱼或靶标确证是现代药物开发中重要的一步,通过鉴定其相互作用蛋白来探索生物活性小分子的作用机制。近年来,已经开发了大量的计算目标捕捞方法。反向对接代表了一种有用的工具,其涉及将小分子药物/配体对接到一组临床相关大分子靶标的潜在结合腔中。 基于其与药物/配体的结合亲和力鉴定顶级靶标可能与药物重新定位和/或挽救有关。

本研究通过反向对接预测辣椒素的潜在目标,并通过化学蛋白质相互作用(CPI)和分子对接进行确认,描述了计算药物重新定位方法,并探讨了其阐明天然化合物作用机制的潜力。

 

3.靶点预测

使用基于药效团映射方法的潜在药物靶标识别服务器PharmMapper。PharmMapper自动搜索分子对PharmTargetDB中所有药效团模型的最佳映射姿态,并列出了具有适当靶标注释的前N个最佳拟合匹配的靶标及相应的排列顺序。

 

通过分析数据和观察选择潜在的小分子靶标

4.靶点的CPI检查

CPI指针对每个化学-蛋白质口袋对的结合强度和结合构象的一组靶蛋白质与一组化学物质的相互作用信息。

当分子被提交到CPI相关服务器将与人类蛋白质进行对接,产生预测模型的CPI信息。辣椒素-CA2复合物为最终选择的预测结果。

5.分子对接与活性测试研究

利用OpenBabel进行辣椒素小分子和CA2受体对接前处理,运用Autodock Vina进行对接研究。

分子对接进一步研究了化合物的结合位点、结合模式以及相互作用残基。同时活性试验报道,辣椒素对hCA I具有696.15μM的抑制效力,对hCA II具有208.37μM的抑制效力,并且表明辣椒素是两种CA同工酶的选择性抑制剂。

 

参考资料:

1.Cereto-Massagué A, Ojeda M J, Valls C, et al. Tools for in silico target fishing[J]. Methods, 2015, 71: 98-103.

2.Ye X, Ling Q, Chen S. Identification of a potential target of capsaicin by computational target fishing[J]. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2015, 2015.

3.部分图片来自网络。