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Quando siamo partiti con Docking@Home nel 2006, inizialmente compievamo la simulazione dell’aggancio proteina-ligando usando i ligandi nella corrispettiva conformazione della proteina (vedi la terza newsletter di Docking per i dettagli). Questo ci ha permesso di capire il processo di aggancio e le interazione atomiche tra proteina e ligando (self-docking). Ci ha inoltre permesso di definire computazionalmente un grande numero di conformazioni potenziali dei ligandi, riducendo il tempo e i costi, richiesti per la definizione di nuovi principi attivi, di diversi ordini di grandezza.
Nel processo di aggancio, data una proteina, differenti tipi di ligando possono legarsi in una delle cavità di legame delle proteine. Ogni ligando ha differenti tipi di atomi e livelli di flessibilità. La stessa proteina, una volta unita al ligando, può assumere diverse conformazioni. La conformazione della proteina ed il ligando annesso formano un complesso.
Gli algoritmi di aggancio normalmente trattano con ligandi flessibili; tuttavia, a causa dei limiti computazionali, la proteine sono semplificate come un reticolo rigido tridimensionale (o una mappa reticolare). Ogni mappa consiste in un reticolo tridimensinale di punti regolarmente spaziati centrati attorno al sito attivo della proteina (la cavità di attracco). Ciascun punto all’interno della griglia registra il potenziale energetico degli atomi del ligando dovuto all’interazione con la proteina. Ad esempio, in una griglia di atomi di carbonio, il valore associato ad un punto rappresenta l’energia potenziale di un atomo di carbonio del ligando in una data posizione dovuta all’interazione con tutti gli atomi della proteina recettrice. Questa semplificazione è dovuta soprattutto al costo computazionale associato ad una rappresentazione flessibile della conformazione della proteina così come ai vincoli computazionali e di memoria dei sistemi sui quali la simulazione verrà compiuta.
Dato un ligando, la flessibilità della proteina può essere emulata considerando non solo la mappa reticolare della proteina originariamente osservata agganciando sperimentalmente il ligando fissato, ma anche altre conformazioni (reticoli tridimensionali) della stessa proteina che sono state osservate sperimentalmente e documentate in seguito all’unione con altri ligandi. Stiamo usando il dataset LPDB come nostra sorgente di complessi proteina-ligando. Questo approccio di simulazione implicita della flessibilità della proteina è tipicamente detta cross-docking. L’approccio cross-docking è usato per stimare la sensibilità dei risultati dell’aggancio a piccole variazioni nella conformaziona delle proteina dovute alla flessibilità della cavità di legame. Nelle simulazioni di cross-docking fatte da Docking@Home, dato un ligando, questo viene agganciato in più conformazioni della stessa proteina, ciascuna della quale è semplificata con un mappa reticolare.
La figura 1 qui di seguito mostra un piccolo sottoinsieme della simulazione di cross-docking eseguita da D@H nella quale il ligando del complesso 1g35 è unito a tre differenti conformazioni di proteina derivanti da tre altri complessi (nell’esempio: 1gno, 1hih e 1htf) al fine di formare nuovi complessi per D@H.
La successiva figura 2 mostra un piccolo sottoinsieme della simulazione di cross-docking della Tripsina eseguita con D@H nella prossima fase del nostro progetto nel quale il ligando proveniente dal complesso 1k1m è unito alle conformazioni proteiche provenienti dai complessi 1k1n, 1ppc e 3ptb con lo scopo di formare nuovi complessi.
Infine la figura 3 mostra un piccolo sottoinsieme della simulazione di cross-docking p38alpha eseguita con D@H nella quale il ligando proveniente dal complesso 1bl6 è agganciata a tre conformazioni proteiche provenienti dai complessi 1a9u, 1bl7 e 1ouk.
