Curadoria de Bibliotecas Químicas Computacionais Demonstradas com alfa-aminoácidos

Biblioteca Fórmula Restrições adicionais Aminoácidos codificados “precoces” Tempo de geração (ms) Estruturas Inicial Final 1 Gly C2H5NO2 incluir subestrutura de Gly Gly 192 84 1 2 VAIL PC0-3H3-9 Val, Ala, Ile, Leu 172 70 22 3 DEST PC0-3O1-2H3-5 Asp, Glu, Ser, Thr 481 1928 254 4 Pró C2-5NO2H7-11 Inclua subestrutura N-meGly ou N-meAla Pró 4035 79777 16 5 VAIL_S PSC0-2H3-7 122 65 31 6 DEST_S PSC0-2O1-2H3 349 1075 79 7 Pro_S C2-4SNO2H7-9 Inclua subestrutura N-meGly ou N-meAla 3999 75734 10 Tabela 1: Bibliotecas compostas utilizadas neste exemplo. Bibliotecas construídas a partir da fórmula 1-4 (Gly, VAIL, DEST e Pro) são baseadas em fórmulas difusas publicadas anteriormente dos aminoácidos codificados “precoces”21, enquanto bibliotecas construídas a partir da fórmula 5-7 (VAIL_S, DEST_S e Pro_S) são baseadas em variantes de fórmulas 2-4 que imaginam um enxofre divalent substituindo um dos átomos de carbono. As contagens de estruturas refletem o número de moléculas geradas pela MAYGEN para cada fórmula (“Inicial”) e o número de moléculas restantes após filtrar aquelas com subestruturas indesejadas (“Final”). Abreviaturas: VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = ácido aspático, ácido glutamico, serina, threonina; X_S = Enxofre divalent substitui um dos carbonos na biblioteca X; N-meX = N-metilX. Os métodos gerais acima foram aplicados às fórmulas com base nos aminoácidos codificados “precoces”, seguindo o procedimento das estruturas de Meringer et al.21 Badlist foram retiradas desta mesma fonte e convertidas em strings SMARTS para representar facilmente padrões subestruturais. Duas subestruturas mal-listadas não foram utilizadas neste exemplo: a estrutura 018 (CH 3-CH-N) correspondia a quase isômeros de proline que não eram eles mesmos instáveis; estrutura 106 (R-C-C-OH, onde a subestrutura R=alanina anexando-se ao beta-carbono) correspondeu ao ácido glutamico, um aminoácido codificado. Além dessas fórmulas químicas, foram criadas variantes com enxofre divalent tomando o lugar de um átomo de carbono e dois átomos de hidrogênio. Por razões de desempenho, várias dessas fórmulas usam um átomo de fósforo trivalente (por exemplo, um “pseudoatom”) como um substituto para o beta-carbono de uma subestrutura alanina. A Tabela 1 lista as bibliotecas geradas neste exemplo, as fórmulas utilizadas para gerá-las e o número de compostos contidos dentro. Os nomes da biblioteca baseiam-se nos aminoácidos codificados dos quais são derivados: utilizando a abreviação de 3 letras (Gly = glycine, Pro = proline) ou abreviação de letra única (VAIL = Valina, Alanina, Isoleucina, Leucina; DEST = Ácido aspático, ácido glutamico, sereno, threonine). O sufixo “_S” indica que um enxofre foi substituído por um carbono na fórmula da biblioteca original (por exemplo, VAIL_S é construída com a mesma fórmula difusa que a VAIL, mas com um enxofre divalent substituindo um dos carbonos). Após a geração de estrutura com o MAYGEN, as bibliotecas resultantes foram filtradas de compostos contendo pelo menos uma subestrutura contida na lista ruim. Após esta filtragem, quaisquer átomos de fósforo foram substituídos por uma subestrutura alanina. Em seguida, foram criadas versões “tampadas” de todas as estruturas, com um grupo de acetil adicionado ao N-terminus e um grupo de amido de n-metil adicionado ao C-terminus. Isso foi feito para remover o efeito sobre a hidroofobidade dos grupos livres de amina e ácido carboxílico na espinha dorsal alfa-aminoácido. PaDEL-Descriptor foi usado para calcular XLogP para todas as estruturas tampadas e volume de van der Waals calculado (VABC) para todas as estruturas não tampadas. A Figura 2 mostra o espaço químico das bibliotecas filtradas, conforme definido pelos descritores VABC e XLogP. Aqui, a gama de possíveis valores de logP aumenta com volume molecular, mesmo dentro de bibliotecas que carecem explicitamente de sidechains hidrofílicos (por exemplo, VAIL, Pro). Aminoácidos codificados com sidechains de hidrocarbonetos eram mais hidrofóbicos do que a maioria dos outros aminoácidos de um volume comparável de sua respectiva biblioteca. Este também parece ser o caso para Met e Cys em comparação com outros membros da biblioteca VAIL_S com volumes semelhantes. Aminoácidos codificados com cadeias laterais hidroxil (Ser e Thr) estavam entre os menores membros da biblioteca DEST, com Asp apenas ligeiramente maior que o Thr. As figuras 3 e figura 4 mostram os impactos no volume e no logP quando um enxofre divalent substitui um carbono em uma cadeia lateral alfa-aminoácido. A substituição de enxofre levou a um ligeiro aumento no volume molecular em todas as bibliotecas (Figura 3). O efeito da substituição de enxofre no logP não é tão homogêneo quanto para o volume (Figura 4). O logP médio da biblioteca VAIL_S é ligeiramente menor do que o da biblioteca VAIL, mas esse efeito não é visto em nenhum dos outros pares de biblioteca (DEST e DEST_S, Pro e Pro_S). A Figura 5 quantifica os efeitos na geração estrutural de um pseudoatom em busca de uma subestrutura comum; aqui, um P trivalente substituído por uma moiety alanina durante a geração de estrutura. O uso de um pseudoatom na geração de estruturas diminuiu consideravelmente o número de estruturas geradas por ~3 ordens de magnitude (Figura 5A) e o tempo total necessário para gerar essas estruturas por 1-2 ordens de magnitude (Figura 5B). Figura 2: Espaço químico de todas as bibliotecas de aminoácidos filtradas. Marcadores negros representam aminoácidos de bibliotecas sem enxofre; marcadores amarelos representam aminoácidos de bibliotecas enriquecidas com enxofre. Círculos: VAIL e VAIL_S; quadrados: DEST e DEST_S; triângulos: Pro e Pro_S; estrelas: aminoácidos codificados. Observe que os dois aminoácidos codificados contendo enxofre (Met e Cys) não são considerados aminoácidos “precoces”, mas estão presentes na biblioteca VAIL_S. Abreviaturas: XLogP = coeficiente de partição; VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = ácido aspático, ácido glutamico, serina, threonina; X_S = Enxofre divalent substitui um dos carbonos na biblioteca X. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 3: Volumes médios de van der Waals (em Å3) de bibliotecas com e sem enxofre. As barras pretas representam os volumes médios de bibliotecas sem enxofre (VAIL, DEST, Pro), enquanto as barras amarelas representam volumes médios das versões substituídas por enxofre dessas bibliotecas (VAIL_S, DEST_S, Pro_S). As barras de erro mostram desvio padrão. Abreviaturas: VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = ácido aspático, ácido glutamico, serina, threonina; X_S = Enxofre divalent substitui um dos carbonos na biblioteca X. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 4: Valores XLogP médios de bibliotecas com e sem enxofre. As barras pretas representam bibliotecas sem enxofre (VAIL, DEST, Pro), enquanto as barras amarelas representam versões substituídas por enxofre dessas bibliotecas (VAIL_S, DEST_S, Pro_S). As barras de erro mostram desvio padrão. Abreviaturas: XLogP = coeficiente de partição; VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = ácido aspático, ácido glutamico, serina, threonina; X_S = Enxofre divalent substitui um dos carbonos na biblioteca X. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 5: Efeitos de um pseudoatoma trivalente na geração de estrutura MAYGEN. Todos os testes foram feitos em um PC com um processador Intel i7-7700HQ a 2,8 GHz, 16 GB de RAM, sem estruturas de salvamento para um arquivo e a opção -m de usar multithreading. Testes usando um pseudoatom usaram as fórmulas difusas como descrito na Tabela 1. Para testes sem pseudoatoma, as fórmulas difusas utilizadas foram as mesmas descritas na Tabela 1 com as seguintes alterações: P foi substituído por N; a contagem de carbono foi aumentada em 3; a contagem de hidrogênio foi aumentada em 7; a contagem de oxigênio foi aumentada em 2. Bares negros mostram bibliotecas geradas com um pseudoatoma; barras cinza mostrar bibliotecas geradas sem um pseudoatom. (A) Número de estruturas geradas utilizando as fórmulas difusas utilizadas para construir as bibliotecas VAIL e DEST com e sem um fósforo trivalente substituindo por uma subestrutura alanina. (B) Tempo (em ms) necessário para construir as bibliotecas VAIL e DEST com e sem um fósforo trivalente substituindo por uma subestrutura alanina. Abreviaturas: VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = ácido aspático, ácido glutamico, serina, threonina. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Arquivo Suplementar 1: Caderno de triagem de subestrutura. Clique aqui para baixar este Arquivo. Arquivo suplementar 2: Amostra má lista. Clique aqui para baixar este Arquivo. Arquivo suplementar 3: Boa lista de amostras. Clique aqui para baixar este Arquivo. Arquivo Suplementar 4: Caderno de substituição de pseudoatom. Clique aqui para baixar este Arquivo. Arquivo suplementar 5: Caderno de tampa de aminoácidos. Clique aqui para baixar este Arquivo.