RU2019140645A - Автоматизированный скрининг вариантов фермента - Google Patents

Claims (40)

1. Способ, выполняемый с применением компьютерной системы, которая содержит один или более процессоров и системную память, для скрининга множества различных вариантов белка в отношении взаимодействия с лигандом, где множество различных вариантов белка содержит по меньшей мере десять различных вариантов, и где варианты белка отличаются друг от друга по меньшей мере одной мутацией, при этом способ включает

(a) создание или получение структурной модели для каждого из множества вариантов, где каждая структурная модель содержит трехмерное вычислительное представление активного центра варианта;

(b) для каждого варианта белка докинг посредством вычислительной системы, вычислительного представления лиганда с трехмерным вычислительным представлением активного центра варианта белка, при этом докинг (i) генерирует множество положений лиганда в активном центре варианта белка, где положение содержит положение или ориентацию лиганда относительно активного центра, и (ii) идентифицирует энергетически благоприятные положения лиганда в активном центре, где энергетически благоприятное положение представляет собой положение, имеющее энергию, которая является благоприятной для связывания между лигандом и вариантом белка;

(c) для каждого энергетически благоприятного положения определение, является ли положение активным, при этом активное положение соответствует одному или более ограничениям для лиганда, при которых он подвергается конкретному взаимодействию с вариантом белка; и

(d) отбор по меньшей мере одного из вариантов белка, имеющих активный центр, в котором лиганд имеет одно или более активных положений, как определено в (с).

2. Способ по п. 1, где каждый вариант белка представляет собой вариант фермента.

3. Способ по любому из предшествующих пунктов, где лиганд выбирают из субстрата, промежуточного продукта субстрата, переходного состояния субстрата, продукта субстрата, ингибитора варианта белка, агониста варианта белка и антагониста варианта белка.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, где каждое положение во множестве положений содержит ориентацию и конформацию лиганда.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий скрининг по меньшей мере одного варианта, отобранного в (с), против лиганда путем осуществления химической реакции.

6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором

(i) вычислительное представление лиганда представляет соединения вдоль координат реакции для конкретного взаимодействия с вариантом, при этом соединение выбирают из лиганда, промежуточного продукта реакции лиганда, или переходного состояния лиганда;

(ii) вычислительное представление лиганда представляет собой 3-D модель лиганда; и/или

(iii) вычислительное представление активных центров получают из 3-D гомологичных моделей для множества вариантов, при этом способ необязательно дополнительно включает получение 3-D гомологичных моделей для множества вариантов.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, где множество вариантов

(i) содержит панель ферментов, которые могут перекрывать множество субстратов, и при этом элементы панели обладают по меньшей мере одной мутацией относительно референсной последовательности, необязательно, в котором по меньшей мере одна мутация является мутацией в одном остатке в активном центре фермента:или

(ii) включает один или более ферментов, которые могут катализировать химическую реакцию, выбранную из окисления-восстановления, переноса, гидролиза, изомеризации, лигирования и разрыва химической связи посредством реакции, отличной от гидролиза, окисления или восстановления, необязательно, где:

(а) фермент выбирают из оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, изомеразы, лигазы и лиазы; или

(b)в котором множество вариантов включает один или более ферментов, которые могут катализировать химическую реакцию, выбранную из восстановления кетона, трансаминирования, окисления, гидролиза нитрила, восстановления имина, восстановления енона, гидролиза арила, и дегалогенирования галоидгидрина;

необязательно, в котором фермент выбирают из кетонредуктазы, трансаминазы, цитохрома P450, монооксигеназы Байера-Виллигера, моноаминоксидазы, нитрилазы, редуктазы имина, редуктазы енона, ациалазы и дегалогеназы галоидгидрина.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором множество вариантов включает

(а) элементы библиотеки, полученной посредством одного или более циклов направленной эволюции in vitro и/или in silico; и/или

(b) по меньшей мере около тысячи различных вариантов.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором

(i) способ применяют для скрининга множества субстратов;

(ii) cпособ дополнительно включает идентификацию ограничений для лиганда, при которых он подвергается конкретному взаимодействию с вариантом посредством идентификации одного или более положений нативного лиганда, промежуточного продукта реакции нативного лиганда, или переходного состояния нативного лиганда, когда нативный лиганд подвергается конкретному взаимодействию с белком дикого типа; и/или

(iii) способ дополнительно включает применение ограничений к множеству вариантов.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором ограничения включают

(а) одно или более из следующего: позиция, расстояние, угол и торсионные ограничения;

(b) расстояние между конкретной функциональной составляющей на лиганде и конкретным остатком или функциональной составляющей остатка в активном центре,

(с) расстояние между конкретной функциональной составляющей на лиганде и конкретным остатком или функциональной составляющей остатка на кофакторе, и/или

(d) расстояние между конкретной функциональной составляющей на лиганде и нативным субстратом, идеально расположенным в активном центре.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, где

(i) множество положений лиганда получают посредством одной или более операций докинга, выбранных из группы, состоящей из следующего: высокотемпературная молекулярная динамика, случайное вращение, отсеивание посредством имитации отжига с регулярным шагом и конечной минимизации силового поля с регулярным шагом или полной минимизации силового поля, и любых комбинаций указанного;

(ii) множество положений лиганда включает по меньшей мере около 10 положений лиганда в активном центре; и/или

(iii) по меньшей мере один вариант имеет требуемую каталитическую активность и/или селективность.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором отбор в (с) включает: (i) идентификацию вариантов, для которых было определено, что они имеют большое число активных положений, путем сравнения с другими вариантами; и/или

(ii) ранжирование вариантов по одному или более из следующих параметров: число активных положений, которое имеет вариант, показатели докинга для активных положений , в котором, необязательно, показатели докинга основаны на силе Ван-дер-Ваальса и электростатическом взаимодействии, и энергии связывания, в котором, необязательно, энергии связывания основаны на одном или более из следующего: сила Ван-дер-Ваальса, электростатическое взаимодействие и энергия сольватации; и отбор вариантов на основе их рангов.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающий синтезирование по меньшей мере одного варианта, выбранного в (с).

14. Компьютерный программный продукт, содержащий один или более машиночитаемых носителей для долговременного хранения данных, имеющих компьютерно-выполняемые инструкции, сохраненные на них, которые, при их выполнении одним или более процессорами компьютерной системы, предписывают компьютерной системе выполнять способ по любому из предшествующих пунктов.

15. Система, которая содержит один или более процессоров; системную память, где один или более процессоров сконфигурированы для реализации способа по любому из предшествующих пунктов.