Tutorial: Docking Molecular com o AutoDock Tools

Olá pessoal, neste post faremos um tutorial prático de docking entre um ligante e seu receptor. Se você não viu o post introdutório sobre Docking Molecular, pode acessá-lo aqui.

Antes de iniciar:

Para o docking, é preciso a estrutura tridimensional do receptor e do ligante em formato .pdb, que podem ser obtidas a partir dos bancos de dados PDB, PubChem, ou, em alguns casos, a partir da própria modelagem.

Usaremos o pacote MGL Tools, que contém os programas AutoDock Tools e AutoDock Vina, disponível aqui. É importante considerar que o AutoDock só deve ser utilizado para interações proteína-ligante e não proteína-proteína. Para a visualização do output, usaremos o software PyMol Molecular Graphics Systems.

Passo 1: Preparação do receptor

Carregar a molécula no software AutoDock Tools
File -> Read molecule (selecionar na pasta o receptor em formato .pdb)

Adicionar os hidrogênios polares e computar as cargas

Edit -> Hydrogens -> Add (Polar Only)
Edit -> Charges -> Compute Gasteiger

Passo 2: Indicar o sítio ativo

Grid box: indicar as dimensões da Grid Box nos eixos X, Y e Z. Isso determina o local em que haverá o docking, logo, deve conter os resíduos do sítio ativo. Os aminoácidos específicos do sítio ativo podem ser obtidos através de informações sobre a proteína nos próprios bancos de dados Uniprot, PDB, NCBI protein ou ao alinhar com uma estrutura já resolvida.

Grid -> Grid box -> Grid options -> Selecionar as coordenadas -> Close saving

É recomendado pelos desenvolvedores do software que a Grid Box não ultrapasse as dimensões de 30x30x30.

Grid -> Macromolecule -> Choose -> Select macromolecule -> Save as .pdbqt

Passo 3: Preparação do ligante

Ligand -> Input -> Open

Verificar e determinar as partes flexíveis e rígidas do ligante
Ligand -> Torsion Tree -> Choose Tortion
Verde: partes flexíveis
Rosa: partes não flexíveis
Vermelho: partes totalmente rígidas, como por exemplo anéis aromáticos.

Salvar o ligante em formato .pdbqt
Ligand -> Output -> Save as .pdbqt

Passo 4: Autodock Vina

Na linha de comando, utilizar o comando vina para exibir as opções do programa. Em seguida, inserir o seguinte (lembrando que o sinal — refere-se a dois traços):

vina — receptor NOME.pdbqt — ligand NOME.pdbqt — size_x número — size_y número — size_z número — center_x número — center_y número — center_z número — out nome.pdbqt

Cada um dos comandos determina as coordenadas da Grid Box que inserimos no AutoDock Tools ( — size) e onde estão os resíduos do sítio ativo ( — center).

Segue o exemplo de um docking molecular usando a celotetraose como ligante:
vina — receptor proteina1.pdbqt — ligand cellotetraose.pdbqt — size_x 30 — size_y 30 — size_z 30 — center_x 59 — center_y 64 — center_z 56

Na linha de comando, o resultado deverá aparecer assim:

No caso, o AutoDock Vina roda 9 modos possíveis de ligação do receptor com o ligante em questão, ordenando os resultados do docking por afinidade. A afinidade é o parâmetro mais importante de nossa análise, pois mostra a energia de ligação entre as duas moléculas. Quanto menor a energia (ou mais negativa), melhor.

Os valores RMSD são calculados em relação ao melhor modo e usam apenas átomos pesados móveis. São fornecidas duas variantes de métricas RMSD, RMSD/LB (RMSD de limite inferior) e RMSD/UB (RMSD de limite superior), diferindo na forma como os átomos são correspondidos no cálculo da distância. RMSD/UB combina cada átomo em uma conformação com ele mesmo em outra conformação, ignorando qualquer simetria. Enquanto isso, o RMSD/LB emprega uma fórmula para corresponder cada átomo em uma conformação com o átomo mais próximo do mesmo tipo de elemento em outra conformação.

É importante ressaltar que o número de vezes que é rodado o docking por estes parâmetros pode não variar a energia de ligação de forma estatisticamente relevante, a não ser que as estruturas não estejam se ligando de forma correta.

Após o docking:

O output do AutoDock Vina é um arquivo .pdbqt aceito por diversos softwares de visualização de estrutura tridimensional, incluindo o PyMol Molecular Graphics Systems. Para visualizar os resultados, abre-se o receptor e o output em formato .pdbqt e com a seta do teclado pode-se visualizar as nove conformações encontradas pelo software na proteína de interesse.

A partir disso, é necessário definir qual a conformação melhor se encaixa exatamente no sítio ativo, com as corretas ligações entre os aminoácidos da proteína e o ligante. É necessário selecionar as ligações de hidrogênio entre as duas moléculas e, para isso, deve-se selecionar no menu à direita:

Action → find → polar contacts → to any atoms

Para a análise detalhada deste resultado, é recomendado utilizar o software Plip, que fará a análise desse complexo listando todas as interações não covalentes detectadas (ligações de hidrogênio, pontes de água, pontes de sal, complexos metálicos, entre outros). Os resultados aparecem da seguinte forma:

Esses foram alguns exemplos de como utilizar essas ferramentas e garantir que sua molécula represente da melhor forma uma interação biologicamente possível! Erros nesta etapa podem significar todo um experimento baseado em premissas duvidosas.