Конструирование лекарств на основе известной структуры мишени (технология SBDD)

Первый этап SBDD состоит в анализе структуры мишени и выявлении места связывания низкомолеку­лярного лиганда. Оптимальным вариантом является ситуация, когда имеется структура комплекса мише­ни с известным лигандом (субстрат или конкурентный ингибитор). В этом случае можно получить комплекс в виде кристалла и методом рентгеноструктурного анализа установить его трехмерную структуру. В противном случае потребуется поиск возможного места связывания лиганда. Самый про­стой подход - это анализ полостей (углублений) в структуре белка-мишени (фермента), и самая большая из них, скорее всего, будет представлять с высокой вероятностью активный центр фермента. В рамках более точного подхода определяются ключевые аминокислотные остатки, участвующие в ферментативном катализе (например, триада сериновых протеаз), или кофакто­ры, и тогда окружающая область будет представлять со­бой активный центр. Далее с помощью специальных процедур сопоставления лиганда и поверхности мишени определяет­ся точное место связывания лиганда в активном центре.

Наиболее популярной стратегией нахождения но­вых базовых структур биологически активных соеди­нений является поиск низкомолекулярных соедине­ний в молекулярных базах данных структур (виртуальный скрининг). Этот подход основан на предположении, что соединение с требуемой активностью уже сущест­вует, но оно не было проверено на наличие этой ак­тивности. Отметим, что в настоящее время в различ­ных базах данных химических соединений собрано несколько миллионов разнообразных низкомолеку­лярных структур.

Основным методом виртуального скрининга со­единений из химических баз данных является метод молекулярного докинга, когда к макромолекуле-мишени «подстраиваются» лиганды по принципу стерической комплементарности. В настоящее время известно много программ, ряд из которых оптимизи­рован для поиска лигандов в больших базах данных. Все программы докинга генерируют набор гипотез о вероятном положении потенциальных лигандов в месте связывания в макромолекуле-мишени. Досто­верность этих гипотез оценивается с помощью раз­личных оценочных функций (виртуальная энергия связывания, величина контактирующих поверхностей, число возможных водородных связей и т.д.). На осно­вании этих оценок выбираются соединения для даль­нейших исследований.

Преимуществом методов докинга является быстро­та получения результатов и возможность проверки ог­ромного количества молекулярных структур. Основная проблема всех методов SBDD заключается в неспособности предска­зать истинную величину энергии связывания и, соот­ветственно, перевести ее в экспериментально опреде­ляемые параметры (константа диссоциации комплекса мишень/лиганд, концентрация ингибитора, блоки­рующая 50% активности фермента, константа ингибирования фермента).