Guía14x

INTRODUCCIÓN A LA BIOINFORMÁTICA 2005-I
AULA INTERACTIVA (Semana 4)
Diseño de inhibidores por inspiración, búsqueda en bases de datos y acoplamiento
molecular
Prof.: Claudia Machicado
1. Objetivo.
Diseñar alguna molécula orgánica capaz de inhibidir la proteasa del virus del SIDA. La
inhibición puede ser irreversible o reversible (en este caso el complejo deberá ser muy
estable).
2. Herramientas bioinformáticas.
- Bases de datos de estructura de proteínas (NCBI o PDB).
- Bases de datos de pequeñas moléculas (PDBSum): a utilizar según su
conveniencia o inquietud personal
- Software de visualización molecular (SDPBViewer)
- Software de acoplamiento molecular (Sculpt)
- Software de diseño químico de pequeñas moléculas (ChemBuilder3D)
3. Bosquejo del plan de trabajo:
a) Identificación y visualización de la proteasa del HIV-1 con y sin inhibidor.
b) Definición del farmacóforo
c) Rediseño y búsqueda de moléculas equivalentes
d) Acoplamiento molecular proteína-ligando
e) Análisis del complejo proteasa-fármaco nuevo y rediseño del inhibidor (si fuera
necesario).
f) Estrategias posteriores al diseño computacional del fármaco.
4. Métodología detallada.
a) Identificación y visualización de la proteasa del HIV-1 con y sin inhibidor. En
esta práctica se ha elegida la proteasa del HIV-1 como blanco terapéutico.
Tenemos que conocer y familiarizarnos con la estructura de la enzima para lo cual
primero se obtendrán las coordenadas 3D del servidor web del Protein Data Bank
(PDB, http://www.rcsb.org/pdb/cgi/models.cgi) correspondientes a la estructura
de la proteasa con y sin inhibidor, en este caso ritonavir (Cod. PDB: 1HXW y
1G6L, respectivamente. Se emplearán los programas ‘SwissPdViewer’ para
visualizar, comparar y alinear estructuras.
Actividades:
-
La resolución del cristal es suficientemente buena para hacer un estudio de este
tipo?.
Cuantos residuos componen la estructura de la proteína?. Es monomérica o
multimérica.
Determinar los residuos del sitio de unión así como aquellos que participarían
directamente en la catálisis del sustrato.
b) Definición del farmacóforo. Visualizando el complejo proteasa-ritonavir como
punto de partida, definir la parte del ligando que se considere importante para el
anclaje y para la catálisis. Emplearemos SDPBV para esta etapa y las herramientas
de identificación de átomos que el programa posee.
Actividades:
- Trazar un mapa de los grupos funcionales determinantes y las distancias que
guardan entre si para esquematizar el farmacóforo que usted diseñaría.
- Recomendación: puede utilizar la web del PDBSum para analizar con más detalle
las características del inhibidor en el sitio de unión de la proteasa.
- Determinar cuantos grupos polares, apolares y formadores de puentes de
hidrógeno posee ritonavir.
c) Rediseño y búsqueda de moléculas equivalentes. Empleará el programa
ChemBuilder3D para diseñar la variante del inhibidor original y calcular una
serie de propiedades fisicoquímicas del mismo. Puede utilizar la función minimize
para refinar ligeramente la estructur de su fármaco. Las variantes se guardarán en
formato .MOL para emplearlas en el acoplamiento a la proteína diana y
determinar si su energía es superior o inferior a la del inhibidor original.
Actividades.
- Trace en un sketch el diagrama de su farmacóforo y convierta la estructura de 2D
a 3D.
- Analice las propiedades bio- y fisicoquímicas de su farmacóforo que el programa
ChemBuilder3D tiene a su disposición (Submenú Analyze).
d) Acoplamiento molecular proteína-ligando. Realizar el acoplamiento molecular
proteasa-fármaco nuevo empleando el programa Sculpt. Construir un merge entre
la proteasa y su fármaco nuevo en el sitio de unión de la enzima, disponiéndolo de
forma similar a como se encajaba el ritonavir. Exporte en formato .pdb el
complejo y ábralo en el programa Sculpt. Se efectuarán unos pasos de
minimización de energía, DEJANDO LIBRE SOLO LOS RESIDUOS DEL
SITIO ACTIVO y el ligando y se apuntará la energía potencial final del complejo,
la cual será comparada con la energía del complejo proteasa-ritonavir. Si esta
energía de unión fuera menor con el nuevo fármaco puede ser un primer indicio
de que el complejo es estable pero aun quedarán muchos estudios y procesos más
complejos del efectuado en esta práctica.
Actividades.
- Efectué el acoplamiento de acuerdo a las indicaciones que se darán en la práctica
efectuando unos pocos pasos de minimización de energía. ¿Cómo cambia la
energía durante el proceso de acoplamiento y a qué se debe?.
-
Qué tipo de energía cree usted que calcula el algoritmo del Sculpt.
e) Análisis del complejo proteasa-fármaco nuevo y rediseño del inhibidor (si fuera
necesario). Grabar el complejo minimizado en formato PDB y visualizarlo en el
SPDBV. Comparar dicha estructura con la de la enzima sin inhbidor y analizar los
cambios producidos en ella. Si obtuvo un complejo con una energía muy
desfavorable entonces deberá rediseñar su estructura o colocarlo en una
conformación distinta dentro del sitio de unión.
Actividades.
- ¿Qué residuos establecieron puentes de hidrógeno con el inhibidor diseñado por
usted?. Comparelos con el formado con ritonavir y sugiera como las distintas
formas de unión en cada caso.
- ¿Será su fármaco nuevo un buen candidato como nuevo inhibidor de la proteasa?.
Si no fuera así sugiera una metodología para mejorar las propiedades de su
fármaco.
f) Estrategias posteriores al diseño computacional del fármaco nuevo. Sugiera los
pasos posteriores que deberá seguir para validar su fármaco como posible inhibidor
de la proteasa del HIV-1. ¿cómo influiría el hecho de que la proteasa del HIV-1 muta
continuamente para los fines de su estudio?.