Interacciones Proteína-Ligando

“Docking “, calculo de afinidadesy desarrollo de nuevos fármacos

Métodos Bioinformáticas para el estudio de la interacción Proteína-Ligando

• Determinación de la estructura del complejo Proteína-Ligando “Docking”

• Determinar la afinidad de un ligando

• Buscar posibles inhibidores de una proteína

• Diseñar nuevos Fármacos

E + I EI

Termodinámica de complejos Enzima-Inhibidor:

Kd=[E] [I][EI]

∆Gbind = RT ln (Kd) = ∆Hbind - T∆Sbind < 0

• ∆H

• ∆S

Fuerza de las interacciones E-I < 0

Desorden Conformacional > 0

Free Energy calculations

EIsolv

Isolv

Esolvvacbindvacbindsolbind GGGSTHG ,,,

Calculo de la Energía libre de unión:

vacbindvacbind EH ,,

vacbindS ,

elnonelsolv GGG

nonelG

elG

Energía x MD

Análisis Armónico de los modos de vibración x MD

∆G correspondiente a crear una cavidad en el solvente (penalidad entropica del agua)

∆G de la interacción electrostatica con el solvente

EIsolv

Isolv

Esolvvacbindvacbindsolbind GGGSTHG ,,,

Cómo combinar la búsqueda conformacional y la afinidad

• Existen diversos algoritmos de búsqueda, MC, FFT otros.

• Docking Rígido o Flexible

• Afinidad se evalúa con una función de “Scoring” que estima el G

• No siempre el mejor puntaje es el correcto

Flexibilidad x Grupos

Uso de Grillas: FFT

Proteína

Ligando

Localización y Resolución de la Grilla

Resultados:

Programas: AutoDockhttp://autodock.scripps.edu/

Programas: UCSF-Dockhttp://dock.compbio.ucsf.edu/

Ejemplo 1

Diseño y evaluación de un nuevo inhibidor de la Kinasa C-Kit

• Kinasa C-Kit: es el blanco terapeutico para el tratamiento de tumores gastrointestinales

• Inhibidor Imatinib: imatinib (o gleevec) es un potente inhibidor de C-Kit

• Mutación de C-Kit D816V confiere resistencia a imatinib, pero mantiene la actividad kinasa

Que se sabia de C-Kit:

¿Cómo funciona Imatinib? – Induceal loop de activación a adoptar una conformación inactiva

C-Kit InactivaComplejo con Imanitib

Mutante resistente!

C-Kit y C-Kit D816V con y sin Imanitib x MD

wild-typeD816V mutant

Calculo de Afinidad x Imatinib para C-Kit wt y Mutante D816V

(kcal/mol) Kd H TS G

wild-type+imatinib 21 nM -57.69 40.70 -17.0

D816V+imatinib 12 M -59.15 54.69 -4.5

El problema parece estar en la entropía¿Sugerencias?

Introduccion de un átomo de Cloro para desestabilizar F811 y aumentar la entropía del complejo, aumentando la afinidad

wild-typeD816V mutant

Rediseño del inhibidor

Resultados:(kcal/mol) Kd H TS G

D816V+prototype 22 nM -60.17 45.29 -14.9

wild-type+prototype 47 nM -57.25 39.02 -18.2

wild-type+imatinib 21 nM -57.69 40.70 -17.0

D816V+imatinib 12 M -59.15 54.69 -4.5

El prototipo Imatinib-Cl, es capaz de inhibir a la C-Kit wt y mutante D816V, manteniendo la especificidad por C-Kit.