Curación de bibliotecas químicas computacionales demostradas con alfa-aminoácidos

Biblioteca Fórmula Restricciones adicionales Aminoácidos codificados “tempranos” Tiempo de generación (ms) Estructuras Inicial Final 1 Gly C2H5NO2 incluir subestructura 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 Pro C2-5NO2H7-11 Incluir subestructura N-meGly o N-meAla Pro 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 Incluir subestructura N-meGly o N-meAla 3999 75734 10 Tabla 1: Bibliotecas compuestas utilizadas en este ejemplo. Las bibliotecas construidas a partir de fórmulas 1-4 (Gly, VAIL, DEST y Pro) se basan en fórmulas difusas publicadas previamente de los aminoácidos codificados “tempranos”21, mientras que las bibliotecas construidas a partir de fórmulas 5-7 (VAIL_S, DEST_S y Pro_S) se basan en variantes de fórmulas 2-4 que imaginan un azufre divalente reemplazando uno de los átomos de carbono. Los recuentos de estructura reflejan el número de moléculas generadas por MAYGEN para cada fórmula (“Inicial”) y el número de moléculas restantes después de filtrar aquellas con subestructuras no deseadas (“Final”). Abreviaturas: VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = ácido aspártico, ácido glutámico, serina, treonina; X_S = azufre divalente reemplaza uno de los carbonos en la biblioteca X; N-meX = N-metilX. Los métodos generales anteriores se aplicaron a fórmulas basadas en los aminoácidos codificados “tempranos”, siguiendo el procedimiento de Meringer et al.21 Las estructuras de Badlist se tomaron de esta misma fuente y se convirtieron en cadenas SMARTS para representar fácilmente patrones subestructurales. En este ejemplo no se utilizaron dos subestructuras de listas incorrectas: la estructura 018 (CH 3-CH-N) coincidía con los isómeros cercanos de la prolina que no eran inestables; La estructura 106 (R-C-C-OH, donde R = subestructura de alanina que se une al beta-carbono) coincidió con el ácido glutámico, un aminoácido codificado. Además de estas fórmulas químicas, se crearon variantes con azufre divalente que toman el lugar de un átomo de carbono y dos átomos de hidrógeno. Por razones de rendimiento, varias de estas fórmulas utilizan un átomo de fósforo trivalente (por ejemplo, un “pseudoátomo”) como sustituto del beta-carbono de una subestructura de alanina. En la Tabla 1 se enumeran las bibliotecas generadas en este ejemplo, las fórmulas utilizadas para generarlas y el número de compuestos que contiene. Los nombres de las bibliotecas se basan en los aminoácidos codificados de los que se derivan: ya sea utilizando la abreviatura de 3 letras (Gly = glicina, Pro = prolina) o la abreviatura de una sola letra (VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = Ácido aspártico, ácido glutámico, serina, treonina). El sufijo “_S” indica que un azufre fue sustituido por un carbono en la fórmula de la biblioteca original (por ejemplo, VAIL_S está construido con la misma fórmula difusa que VAIL, pero con un azufre divalente que reemplaza a uno de los carbonos). Después de la generación de estructuras con MAYGEN, las bibliotecas resultantes se filtraron de compuestos que contenían al menos una subestructura contenida en la lista de errores. Después de este filtrado, cualquier átomo de fósforo fue reemplazado por una subestructura de alanina. A continuación, se crearon versiones “tapadas” de todas las estructuras, con un grupo acetilo agregado al N-terminal y un grupo N-metilamida agregado al C-terminal. Esto se hizo para eliminar el efecto sobre la hidrofobicidad de los grupos de amina libre y ácido carboxílico en la columna vertebral de alfa-aminoácidos. PaDEL-Descriptor se utilizó para calcular XLogP para todas las estructuras tapadas y calculó el volumen de van der Waals (VABC) para todas las estructuras sin límite. La Figura 2 muestra el espacio químico de las bibliotecas filtradas, tal como lo definen los descriptores VABC y XLogP. Aquí, el rango de posibles valores logP aumenta con el volumen molecular, incluso dentro de bibliotecas que carecen explícitamente de cadenas laterales hidrófilas (por ejemplo, VAIL, Pro). Los aminoácidos codificados con cadenas laterales de hidrocarburos eran más hidrófobos que la mayoría de los otros aminoácidos de un volumen comparable de su respectiva biblioteca. Este también parece ser el caso de Met y Cys en comparación con otros miembros de la biblioteca VAIL_S con volúmenes similares. Los aminoácidos codificados con cadenas laterales de hidroxilo (Ser y Thr) se encontraban entre los miembros más pequeños de la biblioteca DEST, con Asp solo un poco más grande que Thr. La Figura 3 y la Figura 4 muestran los impactos en el volumen y el logP cuando un azufre divalente reemplaza a un carbono en una cadena lateral de alfa-aminoácidos. La sustitución de azufre condujo a un ligero aumento en el volumen molecular en todas las bibliotecas (Figura 3). El efecto de la sustitución de azufre sobre el logP no es tan homogéneo como para el volumen (Figura 4). El logP medio de la biblioteca VAIL_S es ligeramente inferior al de la biblioteca VAIL, pero este efecto no se observa en ninguno de los otros pares de bibliotecas (DEST y DEST_S, Pro y Pro_S). La Figura 5 cuantifica los efectos sobre la generación de estructuras de un pseudoátomo que sustituye a una subestructura común; aquí, una P trivalente sustituyó a una fracción de alanina durante la generación de la estructura. El uso de un pseudoátomo en la generación de estructuras disminuyó en gran medida el número de estructuras generadas por ~ 3 órdenes de magnitud (Figura 5A) y el tiempo total necesario para generar esas estructuras en 1-2 órdenes de magnitud (Figura 5B). Figura 2: Espacio químico de todas las bibliotecas de aminoácidos filtrados. Los marcadores negros representan aminoácidos de bibliotecas sin azufre; los marcadores amarillos representan aminoácidos de bibliotecas enriquecidas con azufre. Círculos: VAIL y VAIL_S; cuadrados: DEST y DEST_S; triángulos: Pro y Pro_S; estrellas: aminoácidos codificados. Tenga en cuenta que los dos aminoácidos codificados que contienen azufre (Met y Cys) no se consideran aminoácidos “tempranos”, pero están presentes en la biblioteca VAIL_S. Abreviaturas: XLogP = coeficiente de reparto; VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = ácido aspártico, ácido glutámico, serina, treonina; X_S = El azufre divalente reemplaza a uno de los carbonos en la biblioteca X. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 3: Volúmenes medios de van der Waals (en Å3) de bibliotecas con y sin azufre. Las barras negras representan los volúmenes medios de las bibliotecas sin azufre (VAIL, DEST, Pro), mientras que las barras amarillas representan los volúmenes medios de las versiones sustituidas por azufre de esas bibliotecas (VAIL_S, DEST_S, Pro_S). Las barras de error muestran la desviación estándar. Abreviaturas: VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = ácido aspártico, ácido glutámico, serina, treonina; X_S = El azufre divalente reemplaza a uno de los carbonos en la biblioteca X. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 4: Valores medios de XLogP de bibliotecas con y sin azufre. Las barras negras representan bibliotecas sin azufre (VAIL, DEST, Pro), mientras que las barras amarillas representan versiones sustituidas por azufre de esas bibliotecas (VAIL_S, DEST_S, Pro_S). Las barras de error muestran la desviación estándar. Abreviaturas: XLogP = coeficiente de reparto; VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = ácido aspártico, ácido glutámico, serina, treonina; X_S = El azufre divalente reemplaza a uno de los carbonos en la biblioteca X. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 5: Efectos de un pseudoátomo trivalente en la generación de la estructura MAYGEN. Todas las pruebas se realizaron en una PC con un procesador Intel i7-7700HQ a 2,8 GHz, 16 GB de RAM, sin guardar estructuras en un archivo y la opción -m para usar multithreading. Las pruebas que utilizaron un pseudoátomo utilizaron las fórmulas difusas como se describe en la Tabla 1. Para las pruebas sin pseudoátomo, las fórmulas difusas utilizadas fueron las mismas que se describen en la Tabla 1 con los siguientes cambios: P se reemplazó por N; los recuentos de carbono se incrementaron en 3; los recuentos de hidrógeno se incrementaron en 7; los recuentos de oxígeno se incrementaron en 2. Las barras negras muestran bibliotecas generadas con un pseudoátomo; las barras grises muestran bibliotecas generadas sin un pseudoátomo. (A) Número de estructuras generadas utilizando las fórmulas difusas utilizadas para construir las bibliotecas VAIL y DEST con y sin fósforo trivalente sustituyendo a una subestructura de alanina. (B) Tiempo (en ms) necesario para construir las bibliotecas VAIL y DEST con y sin un fósforo trivalente que sustituya a una subestructura de alanina. Abreviaturas: VAIL = valina, alanina, isoleucina, leucina; DEST = ácido aspártico, ácido glutámico, serina, treonina. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Archivo suplementario 1: Cuaderno de detección de subestructuras. Haga clic aquí para descargar este archivo. Archivo suplementario 2: Lista de errores de muestra. Haga clic aquí para descargar este archivo. Archivo suplementario 3: Lista de buenas muestras. Haga clic aquí para descargar este archivo. Archivo suplementario 4: Cuaderno de reemplazo de pseudoátomos. Haga clic aquí para descargar este archivo. Archivo suplementario 5: Cuaderno de tapado de aminoácidos. Haga clic aquí para descargar este archivo.