Verbesserung von Scoring-Funktionen und Behandlung der Protein-Flexibilität beim molekularen Docking an Hand von FabF als Modellsystem

Zur Auffindung neuer Leitstrukturen werden neben anderen Ansätzen heutzutage routinemäßig Methoden des strukturbasierten Wirkstoffdesigns angewendet. Eine Schlüsselmethode dabei ist molekulares Docking. Dabei werden mittels rechnergestützter Methoden kleine Moleküle in der Bindetasche des Zielmoleküls platziert, um die Struktur des Ligand-Rezeptor-Komplexes vorherzusagen und die Stabilität des Komplexes abzuschätzen. Dieser Ansatz ist sehr erfolgreich. Allerdings werden regelmäßig auch falsch positive und negative Liganden vorhergesagt, was unnötige Kosten verursacht. Insbesondere zwei Aspekte stellen sich immer wieder als problematisch heraus: die Handhabung von Proteinflexibilität und das Scoring der erzeugten Resultate Deshalb ist es erstrebenswert, verbesserte Ansätze zu entwickeln. Um die Verbesserung beurteilen zu können, werden geeignete Testsysteme benötigt. Der ultimative Test ist dabei eine Vorhersage an einem neuen System, für das dann anschießend die Vorhersagen experimentell überprüft werden können. Eine Zielstruktur, die für solch einen Test sehr gut geeignet ist, ist β-Ketoacyl-(acyl-carrier-protein) Synthase II (FabF).

FabF ist ein Target für Antibiotika. Die Kristallstruktur von FabF von dem Organismus Pseudomonas aeruginosa haben wir kurzem mit hoher Auflösung aufgeklärt. FabF eignet sich deshalb dazu, um neue Ansätze im Docking in „real life” Scenarien zu testen.

Beim Scoring von Docking-Ergebnissen kommen klassischerweise Funktionen verschiedenen Typs zum Einsatz, die versuchen, die Protein-Ligand-Bindungsenergien auf geeignete Art und Weise zu approximieren. Wir wollen daher zunächst verschiedene Scoringfunktionen an den bereits bestehenden experimentellen Resultaten von FabF und anderen Systemen, für die in der Brenk-Gruppe Daten vorhanden sind, testen, um erste Hinweise über die Form geeigneter Funktionen zu erhalten. Im zweiten Schritt sollen diese Ergebnisse dann direkt in das Dockingverfahren einfließen. Dabei wollen wir auch die Behandlung der Protein-Flexibilität durch moderne Methoden der kombinatorischen Optimierung verbessern. Schließlich sollen gezielt neue Liganden für FabF vorgeschlagen werden, deren Test-Ergebnisse dann in die weitere algorithmische Entwicklung einfließen sollen. Dazu wird es auch nötig sein, einen geeigneten Bindungsassay für FabF zu etablieren und Kristallstrukturen von neuen Liganden im Komplex mit FabF zu bestimmen.