Funções Escores (MolDock Score) Prof. Dr. Walter F. de Azevedo Jr. ou

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1 205 Dr. Walter F. de zevedo Jr. Funções Escores (MolDock Score) Prof. Dr. Walter F. de zevedo Jr. ou

2 Função MolDock Score função ajuste ou escore, usada pelo programa Molegro Virtual Docker (Thomsen & Christensen, 2006) é chamada MolDock Score. Esta função é uma aproximação da energia de interação entre o ligante e a proteína alvo. Usamos as coordenadas atômicas do ligante e da proteína, bem como, eventualmente, co-fatores e moléculas de água para calcular a função escore. ssim, a entrada da função do MolDock Score é o sistema biológico em estudo, ou seja, proteína, ligante, co-fatores e água. saída é o valor da função calculada para o sistema biológico. No caso do docking, temos o cálculo da função MolDock Score para cada posição possível do ligante (pose). É a função que é usada como critério de seleção das poses. Sistema biológico MolDock Scoring Function Score Thomsen R., Christensen M.H. MolDock: a new technique for highaccuracy molecular docking. J. Med. Chem., 2006, 49,

3 Função MolDock Score (MVD) baixo temos a seleção da função MolDock Score do programa MVD. Na opção mostrada, temos a seleção de termos de energia do ligante (Internal ES, Internal HB, Sp2-Sp2 torsions e Displaceable Water com Entropy Reward de 0,50). 3

4 Função MolDock Score (equação) função MolDock Score é definida da seguinte forma: E score = E inter + E intra Onde E score é a função MolDock Score, E inter é a energia de interação intermolecular (proteína e ligante) e E intra é a energia intramolecular (ligante). baixo temos a equação da E inter, E inter N M i j E PLP (r ij ) 332 q q i r ij j Onde E PLP é o termo de energia PLP (piecewise linear potential) e o segundo termo leva em conta as interações eletrostáticas intermoleculares. N e M são os números de átomos do ligante e da proteína, respectivamente. Os termos q i e q j são as cargas dos átomo i e j, respectivamente. O termo r ij indica a distância interatômica entre os átomos i e j. São considerados átomos diferentes de hidrogênio na somatória, incluindo co-fatores, se presentes. 4

5 Função MolDock Score (um olhar matemático) função que vimos no slide anterior, usa o símbolo para representar somatória, é uma forma condensada de representarmos somas. Por exemplo, podemos colocar a soma dos 0 primeiros números naturais da seguinte forma: Soma = Ou podemos representar de forma condensada: Soma 0 i i Veja, se expandirmos a somatória acima, temos a soma dos números, como indicado abaixo: Soma 0 i i

6 Função MolDock Score (um olhar matemático) representação na forma de somatória facilita a notação, por exemplo, se queremos representar a soma dos quadrados dos 0 primeiros número naturais, Soma dos quadrados = Na forma condensada temos: Soma dos quadrados 0 i i 2 Expandindo-se a soma temos: 0 Soma dos quadrados i i

7 Função MolDock Score (termo eletrostático) Voltando para a energia intermolecular, mostrada pela equação a seguir: E inter i j E O termo eletrostático, dentro da circunferência vermelha, usa um esquema de atribuição de cargas completas e parciais aos átomos (q i e q j ), conforme mostrado na tabela abaixo. Carga Átomos dos ligantes Átomos da proteína 0,5 N no grupo C(NH 2 ) 2 His (ND e NE2) rg (NH e NH2),0 N nos grupos N(CH 3 ) 2 e (NH 3 ) -0,5 O nos grupos COO, SO 4, PO 2 e PO 2-0,66 O no grupo PO 3 N M PLP (r ij ) qiq 332 r ij j Lys (NZ) sp (OD e OD2) Glu (OE e OE2) -0,33 O no grupo SO 3 -,0 O no grupo SO 2 NH 7

8 Função MolDock Score (termo eletrostático) s figuras abaixo ilustram os aminoácidos que apresentam carga na cadeia lateral. CE NE2 ND CD2 CG CB C C O N Histidina (carga = 0,5) NH2 CD NE CZ NH N CB O CG C C rginina (carga = 0,5) N CD NZ CE CG CB Lisina (carga =,0) C N C O OE2 OE CD CG CB N O OD C CG C CB OD2 spartato (carga = -0,5) C C O Glutamato (carga = -0,5) 8

9 Função MolDock Score (PLP) O termo E PLP usa a mesma função para interações estéricas (van der Waals) e de ligações de hidrogênio. variação está nos parâmetros da função, que está dividida em pedaços, para cada faixa de distância interatômica, indicada por r ij. E PLP = 0 0 R r 2 ij R 0 R R r R ij r 4 ij R R 3 3 para rij R para R r para R r para R r ij R 2 2 ij R3 3 ij R4 para r ij R 4 9

10 Função MolDock Score (PLP) Temos valores de R, R 2, R 3, R 4, e 0 distintos para as interações de van der Waals e ligações de hidrogênio, como mostrado na figura abaixo. R R 2 R 3 R 4 0 E PLP R R 2 R 3 R 4 0

11 Função MolDock Score (PLP) Um par de átomos é considerado como participante de ligação de hidrogênio, se há um átomo doador de hidrogênio, como oxigênio, nitrogênio e enxofre e um outro aceitador. Para o cálculo da função escore PLP, são usados os critérios indicados na tabela abaixo. implementação da PLP para o cálculo da energia da interação de ligação de hidrogênio é dependente da distância interatômica. Tal situação leva a uma cálculo rápido da interação, mas não é realista do ponto de vista físico, visto que a ligação de hidrogênio depende da orientação relativa dos átomos. Tipo de participante da ligação de H ceitador Doador mbos polar Átomo N e O sem H ligados N e S com um ou mais Hs ligados O com um H ligado ou O em moléculas de água Todos os outros átomos

12 Função MolDock Score (PLP) Para levarmos em conta a direção na ligação de hidrogênio, um fator de correção (H factor ) é multiplicado pela energia calculada para a ligação de hidrogênio. s figuras abaixo ilustram a geometria da ligação de hidrogênio. D H D H D H DH H D DH H D D: átomo doador de hidrogênio : átomo aceitador de hidrogênio : átomo antecessor do aceitador de ligação de hidrogênio : ângulo entre D-H- : ângulo entre H-- : ângulo entre D-- 2

13 Função MolDock Score (PLP) equação abaixo ilustra o fator H factor que é uma função do tipo rampa, factor o o o o o o 90 ;50. ;90 ;00. ;90 ; H 00 DH ; H D Os ângulos indicados entre parênteses são os valores mínimos ( min ) e máximo ( max ), respectivamente. O H factor varia entre 0 e, assim em situações angulares desfavoráveis à formação da ligação de hidrogênio, o H factor será zero, em situações favoráveis o valor final é, ou seja, o termo do E PLP referente à ligação de hidrogênio fica integralmente considerado. DH H D D: átomo doador de hidrogênio : átomo aceitador de hidrogênio : átomo antecessor do aceitador de ligação de hidrogênio : ângulo entre D-H- : ângulo entre H-- : ângulo entre D-- 3

14 Função MolDock Score (PLP) Os gráficos das funções rampas, para cada um dos ângulos das ligações de hidrogênio, são mostrados abaixo. o o o o DH ;90 ; 50 H ;90 ; 00 0 DH o o o D;90 ; 00 0 DH H D H o D: átomo doador de hidrogênio : átomo aceitador de hidrogênio : átomo antecessor do aceitador de ligação de H : ângulo entre D-H- : ângulo entre H-- : ângulo entre D-- 0 D o

15 Função MolDock Score (termo intramolecular) O último termo da função MolDock Score, é referente à energia interna do ligante (E intra ), que tem a seguinte forma. E intra EPLP rij ) iligante jligante ( cos m. 0 Eclash ligações flexíveis somatória dupla indica que a soma é realizada para todo par de átomos do ligante, que esteja a mais de duas ligações de distância. O segundo termo da equação refere-se à energia de torção, com os parâmetros mostrados na tabela abaixo. Tipo de ligação Θ 0 ( o ) m sp 2 -sp 3 0 6,5 sp 3 -sp ,0 sp 2 -sp ,0 O termo E clash é uma penalização para átomos próximos, abaixo de 2,0 Å, o valor assumido neste caso é

16 Função MolDock Score (uso) Durante uma simulação de docking, o MVD calcula a função escore e armazena os valores no arquivo DockingResults.mvdresults. lém do MoDock Score, o MVD calcula outros termos de energia, como interação de van der Waals e interações eletrostáticas de longa distância, entre outros. Esses termos são usados para calcular a função Rerank Score. Cada termo energético usado no Rerank Score tem um peso que está armazenado no arquivo RerankingCoefficients.txt. Podemos modificar esses pesos para obtermos funções escores adequadas para o sistema biológico que estamos estudando. Para avaliarmos os resultados da simulação de docking, podemos salvar os resultados num arquivo no formato CSV editando o arquivo DockingResults.mvdresults. 6

17 Função MolDock Score (uso) De uma forma geral, podemos selecionar os seguintes termos: Moldock Score, Rerank Score, Total Interaction Energy Between the Pose and the Target, Internal Energy of the Pose, HBond Score, Ligand Efficiency (MolDock Score Divided by Number of Heavy toms), Ligand Efficiency 3 (Rerank Score Divided by Number of Heavy toms), Docking Score (Evaluated Before Post-processing), Energy Contribution from Non-displaced and Displaced Water Interactions o lado temos a tabela parcial com os termos energéticos selecionados. 7

18 Virtual Screening in silico in vitro in vivo Moléculas puras Base de dados moleculares Seleção de alvo molecular Simulações de docking Na descoberta de fármacos podemos usar as abordagens in silico. Para isso, temos que ter a estrutura 3D da proteína, que foi selecionada a partir do conhecimento do sistema biológico. Usamos uma metodologia chamada docking molecular, para procurarmos chaves em potencial que se encaixem do sítio ativo da enzima. O teste de várias moléculas é chamado Virtual Screening. s melhores moléculas selecionadas são submetidas aos testes posteriores. Cálculo da afinidade proteína-ligante teórico Testes in vivo Testes in vitro Seleção dos melhores resultados 8

19 Material dicional (rtigos Indicados) Bio-inspired algorithms applied to molecular docking simulations. Heberlé G, de zevedo WF Jr. Curr Med Chem. 20;8(9): MolDock applied to structure-based virtual screening. De zevedo WF Jr. Curr Drug Targets. 200 Mar;(3): Revista científica Current Drug Targets Revista científica Current Medicinal Chemistry Imagem disponível em: < Fonte da imagem: < > cesso em : 0 de julho de 205. cesso em : 0 de julho de