DiscoveryStudio上机操作Tutorials

DiscoveryStudio1DiscoveryStudio上机操作Tutorials（DiscoveryStudio版本：3.0）DiscoveryStudio基本操作DiscoveryStudio2DiscoveryStudio基本操作目的：通过此教程，了解并掌握DiscoveryStudio中一些基本操作。所需功能和模块：DiscoveryStudioVisualizerclient所需数据文件：pk-10.sd和1aq1.pdb。所需时间：30分钟介绍在使用软件进行课题研究前，我们首先应该了解并掌握该软件使用的一些基本操作。为后续的体系处理做好准备工作。这个教程包括：小分子配体准备蛋白文件的处理小分子配体准备在DiscoveryStudio（DS）中，可以直接构建分子结构，也可以将在其它画图软件中画好的结构直接拷贝到DS中，本教程演示如何在DS中构建。1.调用Sketching功能从View菜单下，打开Toolbars，选择Sketching，Toolbars中将显示各种Sketching的工具，这些工具可以用来构建化合物的初始结构。2.利用Sketching构建化合物的3D空间构象打开一个分子显示窗口（MoleculeWindow），FilenewMoleculeWindow注：DS中有四种窗口模式，包括Moleculewindow（显示分子结构），ProteinSequenceWindow（显示蛋白序列），NucleotideSequenceWindow（显示核酸序列），ScriptWindow（显示程序语言），因此我们需要根据载入的文件类型选择窗口。DS中构建化合物的3D空间构象非常容易，也非常灵活。本教程以以下化合物为示例，以图示的方法演示如何构建化合物的结构。NHClOOSOHNNH选择，在窗口中画出结构1，点击将其选中，ChemistryBondAromatic得到结构2，选择，构建各连接单键，可得到结构3，再次点击相应的键就可以构建双键结构4，更换元素类型，选中某个碳原子，ChemistryElement更换相应元素即可，最后得结构5。DiscoveryStudio312345图1分子结构构建过程选择StructrueCleanGeometry可进一步优化此化合物的几何三维结构。3.使用protocol处理多个配体结构如果配体数目较多，还要考虑对映异构体等因素时，可用流程浏览器中的PrepareLigand处理该体系，通过此操作不仅可以产生三维结构，加氢，还可以产生异构体，并可以选择用Linpiski’srulesoffive作为筛选条件。从File中选择并打开pk-10.sd文件，默认为以表格浏览器（DataTableView）形式打开，快捷键Ctrl+G可打开图形窗口，Ctrl+H可打开树状窗口。将相应分子的表格属性中visible前选中，即可观看分子结构(图2)图2pk-10.sd的输入分子结构点击Tools|SmallMolecules，展开菜单中的PrepareorFilterLigands一栏，在其下拉列表的Prepare中点击“PrepareLigands”，流程对应参数打开（图3）。DiscoveryStudio4图3“PrepareLigands”流程参数设置点击Run运行作业，等待作业完成。从菜单中选择Window|CloseAll，关闭所有窗口。双击作业浏览器（JobsExplorer）窗口中相应的行，打开Report页面。图4输出的结果文件输入的10个结构，经过处理后产生31个配体分子，打开OutputFiles中的pk-10.sd，观察结果。蛋白文件的处理1.蛋白结构的载入介绍三种蛋白结构的载入方法1.1可通过DS直接从PDB库中下载蛋白结构FileOpenURL可出现图5对话框，直接输入蛋白ID号如果机器联网，即可直接下载到视窗中。DiscoveryStudio5图5“OpenURL1.2可通过流程浏览器中的RCSBStructrueSearch模糊查询所有符合条件的蛋白点击Tools|Macromolecules，展开的菜单栏中点击QueryOnlineDatabases，点击其下拉菜单中SearchDatabases中的“RCSBStructrueSearch”按钮，流程对应参数打开（图6）。图6“RCSBStructrueSearch”流程参数设置可通过ID号，配体结构信息，实验方法，作者名称等信息查询，可按需要进行检索。1.3从File中直接打开本地文件2.蛋白文件处理本例采用第三种载入蛋白的方式，从File中找到并打开1aq1.pdb。Ctrl+H打开系统视图，Ctrl+T打开表格浏览器，从左边的树状窗口中选择水分子（图7），删除，同样点击Tools|Macromolecules，展开的菜单栏中选择PrepareProtein，点击MannualPreparation面板组中的CleanProtein快捷工具。DiscoveryStudio6图71aq1结构可去除蛋白多构象，补充非完整的氨基酸残基，为蛋白加氢等，具体参数设置可选择EditPreferenceProteinUtilitiesCleanProtein（图8）。图8Preferences对话框经过处理的蛋白（图9），可进行下面的对接等操作，也可对其显示方式作改变，鼠标右键选择DisplayStyle，Atom一栏选择None，Protein一栏选择SolidRibbon，其它参数默认蛋白即可按照二级结构显示。DiscoveryStudio7图9经过处理的蛋白图10蛋白以二级结构显示DiscoveryStudio8DiscoveryStudio上机操作Tutorials（DiscoveryStudio版本：3.0）分子对接专题：LibDock、LigandFit、CDOCKER、FlexibleDockingDiscoveryStudio9DiscoveryStudioLibDock教程Libdock–最快的分子对接技术目的：采用Libdock，以一组配体及一个明确活性位点的蛋白质为实例，示范分子对接及结果分析的操作过程。所需功能和模块：DiscoveryStudioVisualizerclient,DSLibDock,DSCatalystConformation。所需数据文件：1kim.pdb和kinase_ligands.sd。所需时间：0.5小时介绍基于结构的药物设计技术在药物研发中起着非常重要的作用。在药物分子产生药效反应的过程中，药物分子要与靶标相互结合，首先需要两个分子充分接近，采取合适的取向，使两者在必要的部位相互契合，发生相互作用，继而通过适当的构象调整，才能得到一个稳定的复合物构象。基于结构的药物设计主要采用的是分子对接技术。分子对接就是把配体分子放在受体活性位点的位置，然后按照几何互补、能量互补以及化学环境互补的原则来实时评价配体与受体相互作用好坏，并找到两个分子之间最佳的结合模式。分子对接是从整体上考虑配体与受体结合的效果，能够较好避免其他方法中容易出现的局部作用较好而整体结合欠佳的情况。在药物设计中，分子对接方法主要用来从小分子数据库中搜寻与受体生物大分子有较好亲和力的小分子，进行药理测试，从中发现新的先导化合物。本教程中，一组配体分子将被对接到胸苷激酶（thymidinekinase）中，本教程包括：准备分子对接体系，执行分子对接计算分析对接结果准备分子对接体系，执行分子对接计算1.定义蛋白为受体分子在文件浏览器（FilesExplorer）中，找到并双击打开1kim.pdb文件。该蛋白将在一个新的分子窗口中出现。（图1）在系统视图中点击选中1kim。在工具浏览器（ToolsExplorer）中，展开Receptor-LigandInteractions|DefineandEditBindingSite，点击DefineReceptor。在系统视图中添加SBD_Receptor一栏。将前面选择的蛋白分子1kim定义为受体分子，供下一步使用。DiscoveryStudio10图1蛋白质三维结构示意图2.寻找受体中可能的结合区如果晶体结构不包括H原子，在菜单栏中选择Chemistry|Hydrogens|Add加氢。在工具浏览器（ToolsExplorer）中，展开Receptor-LigandInteractions|DefineandEditBindingSite，在DefineSite一栏下点击FromReceptorCavities。通过寻找受体中的空腔来寻找受体中可能的结合部位。在系统视图中自动添加9个结合位点（Site1-9），即找到了9个可能的结合位点，最大的可能的结合位点则显示在图形视图中。（图2）图2从受体中寻找结合位点3.修改活性部位球半径DiscoveryStudio11单击选中SBD_Site_Sphere，右键选择“AttributesofSBD_Site_Sphere...”，打开“SphereObjectAttributes”对话框，将半径（Radius）选项由原来的11.6设置为9，点击OK按钮。（图3），只包括体积较大的bindingsite位置。图3打开SphereObjectAttributes对话框，更改半径大小打开配体文件，在文件浏览器中找到配体文件kinase_ligands.sd，双击，配体在新窗口中打开。（图4）图4以表格形式浏览待对接配体4.打开流程，修改参数在Tools浏览器中展开DockLigands|High-ThroughputScreening|DockLigands(LibDock)流程，流程对应参数在参数浏览器中打开。在参数浏览器中，点击InputReceptor，从下拉列表中选择“1kim:1kim”设置受体蛋白。点击InputLigands参数，从下拉列表中选择“kinase_ligands:All”，指定对接配体。点击InputSiteSphere参数，从下拉列表中选择第一个sphere的坐标及半径。点击DockingPreferences参数，从下拉列表中选择“UserSpecified”，根据需要改变对接计算的特定参数。展开DockingPreferences参数，点击MaxHitstoSave参数，输入值“10”。本教程中，修改缺省设置以减少对接所得的构象，减少所用时间。（图5）DiscoveryStudio12图5打开Libdock对接流程并设置参数5.运行分子对接计算，查看结果参数设置完毕后，点击Run运行作业。完成这个作业大约需要4分钟。待作业完成后，点击Window|CloseAll关闭所有窗口文件，由于程序已经将作用保存，所以询问是否保存时选择No。双击作业浏览器中刚完成的分子对接作业，点击ViewResults，显示出配体打分最好的pose。6.浏览对接poses确保系统视图和表格浏览器打开，否则按CTRL+H和CTRL+T打开。在表格浏览器中将蛋白的VisibilityLock状态由Yes改为No，解除锁定后，在系统视图中将所有的Site及Bindingsphere选中并删除，再重新将蛋白的锁定，即VisibilityLock状态再改为Yes，以方便更清晰的查看对接结果。将蛋白分子以line方式显示。DiscoveryStudio13图6显示蛋白-配体之间氢键点击表格中键和键将不同配体在图形窗口中显示出来。在Tools浏览器中选择AnalyzeDockingResults|VisualizeInteractions|Receptor-LigandHydrogenInteractions在视图窗口中，受体原子与配体对接poses间的氢键会通过绿线显示出来。（图6）为了更好的观察受体分子与配体对接pose间的相互作用，可以对体系进行旋转以获得最佳的观赏角度。分析对接结果使用AnalyzeLigandPoses流程，计算对接构象的RMSD值，受体与对接构象间