G-四链体与小分子对接

1.项目说明

采用分子对接技术研究配体分子1 与受体端粒DNA 的结合模式（图1）。

图1.配体1的化学结构

2.计算方法

从RCSB Protein Data Bank（http://www.rcsb.org）下载端粒DNA的X-ray 结构（PDB 编号：4P1D），以第一个构象作为受体结构。

[1].采用UCSF Chimera 软件建立配体的三维结构，并进行能量优化。

[2，3].采用Dock Prep 模块添加氢原子，并分别添加AMBER ff14SB 力场和AM1-BCC 电荷。采用Chimera 中的DMS 工具以半径为1.4 Å 的探针生成受体的分子表面。X-ray结构显示有1个合理的结合位点。对于结合位点，使用sphgen 模块生成围绕活性位点的球状集合（Spheres），使用Grid 模块生成Grid 文件，该文件用于基于Grid 的能量打分评价。

[4，5].采用DOCK6 程序进行半柔性对接（semi-flexible docking），生成10000个不同的构象取向（orientation）以及获得配体分子与结合位点的静电和范德华相互作用，并由此计算得到Grid 打分。通过聚类分析（RMSD 阈值为2.0Å），得到打分最佳的构象。

[6].最后，采用PyMOL生成图片。

3.计算结果

A.结合构象打分

采用DOCK 6 程序预测化合物1 在端粒DNA 中的结合模式，保留最多20 个结合构象。打分情况如下（表1）。目视检查，根据打分和结合模式选取最好的对接构象进行结合模式分析。

表1. 配体1 与受体端粒DNA的对接打分

B.结合模式分析

图2.配体分子R和S构型在位点1 的结合模式  

化合物1存在一个刚性平面结构，使得整个分子的 柔性降低。苯并1,3-二氧戊环类似于碱基的平面结构，与DG-17的碱基形成π-π堆积作用（图2），芳环中心距离在3.8-4.3Å 范围内；同时二氧戊环与DG-11的碱基之间形成氢键相互作用。异喹啉的平面结构与DG-23相互平行，形成很强的π-π堆积作用，芳环中心距离在3.6-4.9Å 范围内；异喹啉的环带正电荷的氮原子与DG-23之间形成π-cation相互作用，距离都为3.8 Å。

参考文献：

[1] Pettersen EF, Goddard TD, Huang CC, Couch GS, Greenblatt DM, Meng EC, and Ferrin TE.Ucsf chimera–a visualization system for exploratory research and analysis. J Comput Chem,25(13):1605–12, 2004.

[2] Araz Jakalian, Bruce L. Bush, David B. Jack, and Christopher I. Bayly. Fast, efficient generation of high-quality atomic charges. am1-bcc model: I. method. Journal of Computational Chemistry,21(2):132–146, January 2000.

[3] Araz Jakalian, David B. Jack, and Christopher I. Bayly. Fast, efficient generation of high-quality atomic charges. am1-bcc model: I. parameterization and validation. Journal of Computational Chemistry, 23(16):1623–1641, December 2002.

[4] P. Therese Lang, Scott R. Brozell, Sudipto Mukherjee, Eric F. Pettersen, Elaine C. Meng, Veena Thomas, Robert C. Rizzo, David A. Case, Thomas L. James James, and Irwin D. Kuntz. Dock 6: Combining techniques to model rna-small molecule complexes. RNA, 5(6):1–12, December 2009.

[5] Sudipto Mukherjee, Trent E. Balius, and Robert C. Rizzo. Docking validation resources: Protein family and ligand flexibility experiments. Journal of Chemical Information and Modeling, 50(11):1986–2000, October 2010.

[6] Schrödinger, LLC. The PyMOL molecular graphics system, version 1.8, 2015.