Cosolvent-Based Protein Pharmacophore for Ligand Enrichment in Virtual Screening

Autores
Arcon, Juan Pablo; Defelipe, Lucas Alfredo; Lopez, Elias Daniel; Burastero, Osvaldo; Modenutti, Carlos Pablo; Barril, Xavier; Marti, Marcelo Adrian; Turjanski, Adrian
Año de publicación
2019
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
Virtual screening of large compound databases, looking for potential ligands of a target protein, is a major tool in computer-aided drug discovery. Throughout the years, different techniques such as similarity searching, pharmacophore matching, or molecular docking have been applied with the aim of finding hit compounds showing appreciable affinity. Molecular dynamics simulations in mixed solvents have been shown to identify hot spots relevant for protein-drug interaction, and implementations based on this knowledge were developed to improve pharmacophore matching of small molecules, binding free-energy estimations, and docking performance in terms of pose prediction. Here, we proved in a retrospective manner that cosolvent-derived pharmacophores from molecular dynamics (solvent sites) improve the performance of docking-based virtual screening campaigns. We applied a biased docking scheme based on solvent sites to nine relevant target proteins that have a set of known ligands or actives and compounds that are, presumably, nonbinders (decoys). Our results show improvement in virtual screening performance compared to traditional docking programs both at a global level, with up to 35% increase in areas under the receiver operating characteristic curve, and in early stages, with up to a 7-fold increase in enrichment factors at 1%. However, the improvement in pose prediction of actives was less profound. The presented application makes use of the AutoDock Bias method and is the only cosolvent-derived pharmacophore technique that employs its knowledge both in the ligand conformational search algorithm and the final affinity scoring for virtual screening purposes.
Fil: Arcon, Juan Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Defelipe, Lucas Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Lopez, Elias Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Burastero, Osvaldo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Modenutti, Carlos Pablo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Barril, Xavier. Universidad de Barcelona; España
Fil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Fil: Turjanski, Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina
Materia
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Molecular Dynamics
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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Molecular dynamics simulations in mixed solvents have been shown to identify hot spots relevant for protein-drug interaction, and implementations based on this knowledge were developed to improve pharmacophore matching of small molecules, binding free-energy estimations, and docking performance in terms of pose prediction. Here, we proved in a retrospective manner that cosolvent-derived pharmacophores from molecular dynamics (solvent sites) improve the performance of docking-based virtual screening campaigns. We applied a biased docking scheme based on solvent sites to nine relevant target proteins that have a set of known ligands or actives and compounds that are, presumably, nonbinders (decoys). Our results show improvement in virtual screening performance compared to traditional docking programs both at a global level, with up to 35% increase in areas under the receiver operating characteristic curve, and in early stages, with up to a 7-fold increase in enrichment factors at 1%. 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Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Barril, Xavier. Universidad de Barcelona; EspañaFil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Turjanski, Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. 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