A New Method for Ligand-supported Homology Modelling of Protein Binding Sites: Development and Application to the neurokinin-1 receptor

In this thesis, a novel strategy (MOBILE (Modelling Binding Sites Including Ligand Information Explicitly)) was developed that models protein binding-sites simultaneously considering information about the binding mode of bioactive ligands during the homology modelling process. A...

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Main Author: Evers, Andreas
Contributors: Klebe, Gerhard (Prof.) (Thesis advisor)
Format: Doctoral Thesis
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2003
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Table of Contents: In dieser Arbeit wurde eine neue Methode (MOBILE (Modelling Binding Sites Including Ligand Information Explicitly)) entwickelt, die Modelle von Proteinbindetaschen erstellt. Durch die explizite Mitber?ucksichtigung von Liganden während der Homologiemodellierung gelingt es, Bindetaschenmodelle höherer Genauigkeit und Relevanz zu erstellen. Ausgehend von der Kristallstruktur eines oder mehrerer Templatproteine werden zunächst vorläufige Homologiemodelle des Zielproteins erstellt. Im nächsten Schritt werden bioaktive Liganden in diese vorläufigen Modelle eingepaßt. Dabei werden, je nach vorhandenem Informationsgehalt über die Ligandenbindung, unterschiedliche Strategien verfolgt. (1.) Gibt es einen Liganden, der an Ziel- und Templatprotein bindet und ist dar?uber hinaus die Kristallstruktur des Protein-Ligand Komplexes mit dem Templatprotein vorhanden, wird der Ligand zwischen diesen Strukturen transferiert und in dieser Orientierung als Randbedingung für die folgende Homologiemodellierung vorgegeben. (2.) Wenn keine Kristallstruktur des Templatproteins mit dem Liganden gegeben ist, wird der Ligand durch Docking in das Templatprotein plaziert und in der resultierenden Orientierung als Randbedingung für die folgende Proteinmodellierung verwendet. (3.) Können Erkenntnisse über die Ligandenbindung nicht über das Templatprotein gewonnen werden, wird der Ligand in angenäherte Bindetaschenrepräsentationen des modellierten Zielproteins eingepaßt. Diese Bindetaschenrepräsentationen werden durch sogenannte gemittelte Eigenschaftsfelder beschrieben, die durch wissensbasierte Potentiale abgeleitet werden. Basierend auf der erhaltenen Ligandenorientierung werden im nächsten Schritt mehrere neue Homologiemodelle erstellt. Dabei wird der Ligand als zusätzliche Randbedingung in Form der wissensbasierten DrugScore Protein-Ligand Atom-Paarpotentiale berücksichtigt. Bei dem resultierenden Ensemble der generierten Homologiemodelle weisen die Aminosäuren im aktiven Zentrum unterschiedliche Seitenkettenkonformationen auf. Daraus wird ein optimiertes Modell zusammengesetzt, indem zunächst die individuellen Rotamere bezüglich ihrer Wechselwirkung zum Liganden bewertet und anschließend so miteinander kombiniert werden, daß die Gesamtbewertung der zusammengesetzten Bindetasche maximal ist. Nach einer lokalen Kraftfeldminimierung können die resultierenden Bindetaschenmodelle für strukturbasiertes Wirksto design verwendet werden.