Angle Plane – RMSD jako nowy, synergiczny deskryptor do jednoznacznego opisu konformacji i ułożenia związków chemicznych w przestrzeni
Rafał Urniaż
Samodzielna Pracownia Chemii i Neuroinżynierii Medycznej, Uniwersytet Medyczny w Lublinie
Analizy i modele matematyczne znajdują coraz szersze zastosowanie we współczesnej nauce, stając się podstawą wielu nowych kierunków jej rozwoju. Dziedziną, w której notuje się znaczący postęp na przestrzeni ostatnich lat jest projektowania leków wspomaganie komputerowo (CADD), które w dużej mierze opiera się na matematycznym opisie zjawisk i oddziaływań fizyko-chemicznych. Przykładowo, posiadając model krystalograficzny celu molekularnego oraz zbiór zaprojektowanych ligandów, możemy za pomocą wielu dostępnych programów wykonać symulację (tzw. dokowanie), które wskaże potencjalne miejsca wiązania się ligandów z białkiem. Istnieje znacząca ilość funkcji (tzw. ang. scoring functions) służących do oceny siły potencjalnych oddziaływań cząsteczek, przeciwstawnie do ilości funkcji opisujących ułożenie i konformację ligandów w przestrzeni. Najczęściej wykorzystywaną funkcją, należącą do drugiej grupy, jest RMSD (Root Mean Square Deviation), posiada ona jednak znaczące ograniczenia [1]: najmniejsza wartość RMSD nie oznacza zawsze najlepszego dopasowania, RMSD ścisłe zależy od kształtu i rozmiaru cząsteczki, wszystkie atomy w cząsteczce są równo cenne, mogą być porównywane jedynie dwie cząsteczki o tej samej liczbie atomów, RMSD nie podaje informacji o orientacji cząsteczki w przestrzeni. Dodatkowo, co istotne RMSD opiera się na dystansie pomiędzy atomami wchodzącymi w skład cząsteczki, pomijając całkowicie przestrzenne ich ułożenie. W konsekwencji konformacyjnie różne cząsteczki, znajdujące się w podobnej odległości od wzorca opisywane są podobnymi wartościami [1]. W prezentowanej pracy podjęto próbę znalezienia alternatywnej analizy, która mogłyby poprawić dokładność i jednoznaczność otrzymywanych wyników. Analiza AP-RMSD opierają się na wyznaczeniu swoistych wektorów, płaszczyzn oraz kątów, które w jednoznaczny sposób określą położenie cząsteczki w przestrzeni. Metoda została zwalidowana w wykorzystaniem modeli dostępnych w literaturze, jak i na wynikach pochodzących z naszych wcześniejszych badań. Całość projektu została zaimplementowana w nowopowstałym środowisku modelowania in silico nazwanym Grow_4, dostępnym bezpłatnie na stronie projektu www.Grow4.eu [2,3].
- Eidhammer I, Jonassen I, Taylor WR (2004) „Protein Bioinformatics: An Algorithmic Approach to Sequence and Structure Analysis” 258-259 John Wiley and Sons.
- Rafal D. Urniaz, Jan P. Jastrzębski (2011) Bio-Algorithms and Med-Systems “Compartmental model of the pharmacokinetics of drugs excreted by bile or by non-renal mode”
- Rafal D. Urniaz, Krzysztof Jozwiak (unpublished) “APA: Angle Plane Analysis – novel mathematical descriptor of molecules conformation”
