ИСТИНА

В работе рассмотрены результаты исследований структуры энергетической поверхности комплекса белок-лиганд, проведенных с помощью программы докинга нового поколения FLM. Найдены и исследованы низкоэнергетические минимумы тестового набора комплексов белок-лиганд, содержащего различные белки и разнообразные лиганды. Последние различаются как по количеству атомов, так и по числу внутренних вращательных степеней свободы (торсионов), и среди них есть и небольшие жесткие лиганды без торсионов, и достаточно большие и гибкие лиганды с несколькими десятками атомов и полутора десятками торсионов. Параллельная программа докинга FLM осуществляет практически исчерпывающий поиск низкоэнергетических минимумов путем случайного выбора начального положения лиганда и его конформации в активном центре белка-мишени с последующей оптимизацией энергии комплекса белок-лиганд градиентным методом при варьировании декартовых координат атомов лиганда. При проведении расчетов использованы ресурсы суперкомпьютера Ломоносов-2 МГУ имени М.В. Ломоносова, позволившие провести беспрецедентно детальные исследования спектров низкоэнергетических минимумов тестового набора комплексов белок-лиганд. Программа FLM относится к программам докинга нового поколения, поскольку в ней для любой конфигурации комплекса белок-лиганд энергия вычисляется в рамках заданного силового поля MMFF94 без каких-либо упрощений и аппроксимаций, в том числе без заранее рассчитанной сетки потенциалов взаимодействия пробных атомов лиганда с белком. Это отличает программу FLM от большинства существующих «стандартных» программ докинга, в которых помимо упрощений при вычислении энергии и при позиционировании лиганда ради высокой скорости докинга широко используются еще и подгоночные параметры, с помощью которых результаты расчетов делаются правдоподобными, но отнюдь не точными. Показана надежность нахождения глобального минимума и всех ближайших к нему по энергии локальных минимумов. Определены оптимальные количества пробных локальных оптимизаций, необходимых как для надежного нахождения глобального минимума энергии комплекса, так и всех локальных минимумов, находящихся в заданном диапазоне энергий (2 ккал/моль) над глобальным минимумом и дающих основной вклад в энергию связывания белок-лиганд. Определен минимальный диапазон энергий найденных в силовом поле MMFF94 низкоэнергетических минимумов, содержащий минимум, который, будучи пересчитан с помощью недавно разработанного квантовохимического метода PM7, становится глобальным минимумом. Это позволяет существенно сократить затраты вычислительных ресурсов при проведении процедуры квазидокинга с помощью метода PM7. Актуальность такого квазидокинга определяется тем, что при этом точность позиционирования лиганда существенно возрастает по сравнению со случаем использования силового поля MMFF94. Показано, что для заметной части тестовых комплексов парадигма докинга, когда глобальный минимум находится вблизи закристаллизованного положения нативного лиганда, выполняется даже в силовом поле MMFF94 в вакууме.