佰莱博生物MD分子对接技术服务

一、技术简介

分子对接（molecular docking）是分子模拟的重要方法之一，其本质是两个或者多个分子之间通过几何匹配和能量匹配相互识别的过程。其中，几何匹配是分子间发生相互作用的基础，通过计算机计算出配体与受体最佳的空间结合构象；能量匹配则是分子间保持稳定结合的基础，通过对受体-配体复合物间的弱相互作用（包括氢键、范德华力、π-π相互作用等）进行计算，找到受体-配体复合物结合能最低，也就是最稳定的构象。

通过几何匹配和能量匹配，分子对接方法在小分子药物设计、多肽类药物设计、抗体类药物设计以及核酸抑制剂等领域有着广泛的应用。

图1 分子对接原理简化示意图
分子对接方法：

刚性对接：刚性对接方法在计算过程中，参与对接的分子构像不发生变化，仅改变分子的空间位置与姿态，刚性对接方法的简化程度最高，计算量相对较小，适合于处理大分子之间的对接。

半柔性对接：半柔性对接方法允许对接过程中小分子构像发生一定程度的变化，但通常会固定大分子的构像，另外小分子构像的调整也可能受到一定程度的限制，如固定某些非关键部位的键长、键角等，半柔性对接方法兼顾计算量与模型的预测能力，是应用比较广泛的对接方法之一。

柔性对接：柔性对接方法在对接过程中允许研究体系的构像发生自由变化，由于变量随着体系的原子数呈几何级数增长，因此柔性对接方法的计算量非常大，消耗计算机时很多，适合精确考察分子间识别情况。


二、技术流程

1、首先准备配体结构文件，对其进行预处理（结构转换、结构优化）；

2、准备蛋白的晶体结构文件，对其进行预处理（结构修复和调整）；

3、如果没有蛋白晶体结构，我们需要完整的氨基酸序列进行结构建模（例如通过AlphaFold3对蛋白质的三维结构进行模拟）；

4、准备好蛋白之后需要进行活性位点预测，找出大致的对接口袋位置；

5、以预测的口袋位置中心为坐标原点建立对接盒子，形状大小视项目而定；

6、对接盒子大小等参数根据对接的配体信息（例如配体大小）进行设定；

7、以上步骤确定好后，需要设定最后的对接参数以及选择对接精度；

8、检查结构文件和参数文件，视项目情况调用服务器资源启，启动对接程序。

图2 小分子配体-蛋白（左）、蛋白-蛋白（右）对接点位预测
图3 蛋白对接正方体盒子示意图

三、技术参数
1.受体信息
①如果配体是蛋白同受体信息要求；
②普通小分子提供CAS号或者SMILES；
③普通小分子也可以直接提供结构（建议Chemdraw软件绘制）；
④普通小分子尽量提供2D结构文件（sdf/mol2等常用格式）。
2.配体信息
①如果配体是蛋白同受体信息要求；
②普通小分子提供CAS号或者SMILES；
③普通小分子也可以直接提供结构（建议Chemdraw软件绘制）；
④普通小分子尽量提供2D结构文件（sdf/mol2等常用格式）。
3.活性位点信息
提供的受体蛋白没有活性位点信息需要额外的AI位点预测服务。

四、结果分析

随着X-RAY晶体衍射和NMR技术的进步，越来越多的蛋白质的晶体结构被解析。这些晶体结构并不能直接用于分子对接时，有时解析的结构信息会包含一些错误，如氨基酸缺失等等，在对接前需要对蛋白质的结构进行修复，才能用于后续的分子对接。一般而言解析的晶体结构缺失氢原子的位置信息，在对接前需要进行加氢、计算电荷分布才能用于对接。

准备蛋白结构后需要寻找药物分子结合的活性位点，针对靶标蛋白的活性位点进行分子对接能极大的提高分子对接的准确性。而靶标蛋白的活性位点信息可以通过已报道的文献研究来获得，如果确实没有相关的信息，也可以通过计算机预测，寻找合适的活性位点。

亲和力的单位为kcal/mol（AutodockVina），即受体与配体相互结合的强度。一般认为当这个能量的值为负值时，受体与配体的结合能自发进行，小于-1.2 kcal/mol时对接结果良好，同时亲和力的绝对值越大表明受体-配体复合物的稳定性越高。

在进行结果分析时，除了关注亲和力的大小，也应当检查受体与配体之间是否形成了氢键，氢键是弱相互作用中作用力最强的类型（ 氢键 ≈ π-cation键 > π-π堆积 > 范德华力），对于维持受体-配体复合物的稳定十分重要。当对接结果中出现较高亲和力无氢键和较低亲和力有氢键的情况时，应当选择后者进行结果可视化。


五、结果交付

1. 位点预测图

图4  预测小分子的结合位置

表1 预测的结合口袋处的蛋白残基
2. 所有对接可能构象亲和力打分表
3. 优势结合构象对接图绘制

六、服务项目
虚拟筛选技术服务
小分子化合物库与蛋白的对接，筛选得到化合物亲和力排序，可以挑选排名靠前的做SPR等体外分子互作技术高通量验证。
反向找靶技术服务
根据客户提供的小分子化合物，在人、小鼠、大鼠靶点库中找到相匹配的蛋白靶点，给出蛋白打分列表，后期进行分子对接和亲和力检测实验验证。

七、对接图
结合表面图（左）和相互作用图（右）
相互作用图
残基接触图
2D相互作用图
结合表面图
2D相互作用图

佰莱博生物利用计算机模拟（分子对接、虚拟筛选、反向找靶）、生物物理检测平台 (SPR、MST、ITC、BLI)、高内涵细胞成像与分析系统 (HCS，High-content screening) 、Incucyte®长时间活细胞成像分析系统、体外药筛 (AlphaScreen、ADP-Glo、TR-FRET) 等多种检测技术、与nanoDSF、MALS(动静态光散射)、AUC (分析型超离)、CD (圆二色光谱技术)、Luminex、CETSA 、小分子pull-down、免疫荧光等检测技术平台交叉验证。提供生物大分子表征、生物分子互作分析、药物筛选、生物大分子稳定性分析及制剂筛选等服务。

目前，佰博莱生物分子互作平台已经具有 T 细胞的主要免疫调节因子 (Gal-1，Gal-3和Gal-9)、与糖尿病相关的胰岛素受体 (IR-A、IR-B、IGF-1R)、GLP-1R、HSA等重要靶点相关亲和力研究、血管内皮生长因子 (VEGF 121、VEGF165)、免疫球蛋白 Fc 受体 (Fcγ RI、Fcγ RIIB、Fcγ RIIIA、不同种属的FcRn) 相关亲和力研究、免疫球蛋白超家族的细胞黏附分子 (Nectin-1，Nectin-2，Nectin-3，Nectin-4) 及整合素家族 (aVβ5、ITGB1、aVβ3等) 相关亲和力等重要靶点研究亲和力检测服务以及基于AlphaScreen技术的 (EED、ERα、Galectin 3等靶点) 高通量化合物筛选服务。

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