MOE基于片段的药物设计（五）：Link Multiple Fragments——如何把两个结合片段连接成一个分子？

在 FBDD 中我们有时会发现两个不同的 Fragment 分别结合在蛋白口袋的不同区域。这时自然会产生一个设计问题能不能用一个合适的 Linker 把两个 Fragment 连接起来同时尽量保留它们原来的结合位置这就是Link Multiple Fragments要解决的问题。MOE 会根据 Fragment 的三维位置和连接方向在 3D Linker Database 中搜索合适的连接片段生成新的完整分子。1. FBDD 中的痛点两个 Fragment 怎么连接假设实验得到两个 bound fragmentsFragment A Fragment B ↓ ↓ [Sub-pocket A] [Sub-pocket B]它们各自已经占据了有价值的结合区域。最直接的思路是Fragment A —— Linker —— Fragment B但是Linker 应该多长从 Fragment 的哪个位置连接什么几何形状才能保持两个 Fragment 原来的 Pose连接后会不会和蛋白发生空间冲突因此 Fragment Linking 并不是简单地“画一根链连起来”。教程中为了模拟这一场景先复制原来的共晶配体再删除中央结构人为得到两个位于不同口袋区域的 Fragment随后再使用 Link Multiple Fragments 搜索新的连接方式。第一步复制原有的分子不影响之后的教程的进行。第二步删除中间的分子。准备工作完成。2. MOE 的解决思路打开 Fragment Design 窗口后将 Operation 设置为Link Multiple Fragments其基本流程是两个已结合 Fragment↓寻找可能的连接位置↓建立 Bond Vectors↓搜索 3D Linker Database↓筛选满足几何条件的 Linker↓生成新的连接分子这里的核心仍然是前面已经接触过的Bond VectorMOE 不只看两个 Fragment 之间的距离还要考虑连接键在三维空间中的方向从而尽量保持原 Fragment 的相对几何位置。3. 用 Ligand R-Vectors 寻找合适的连接位置真正做 Linking 之前首先需要判断Fragment 上哪些位置适合往外接东西可以使用MOE | RHS | Ligand | Ligand R-Vectors显示Ligand R-Vectors。R-Vector 表示该方向存在一定的空间可以容纳至少类似甲基大小的新增结构因此可以辅助判断潜在的 attachment point。这里不能只看“哪个原子有 R-Vector”还要注意箭头方向是否朝向另一个 Fragment。如果连接方向背离另一个 Fragment即使存在空间也不适合作为本次 Fragment Linking 的起点。4. Essential 与 Optional Connection Points教程最终建立了多个可能的连接点。MOE 用不同颜色表示绿色 Bond VectorEssential黄色 Bond VectorOptional红色Query 无效教程中右侧 Fragment 有一个必须使用的 Essential connection point而左侧设置了两个 Optional connection points因此 MOE 可以分别尝试不同的连接方案。最终 Query 显示Fragments: 2 Connectors: 3 Essential: 1说明当前定义了两个 Fragment、三个候选连接位置其中一个为必须使用的连接点。5. 搜索 Linker 并生成新分子Query 合法后点击SearchMOE 开始搜索 Linker Database并寻找能够同时满足Fragment 原始三维位置Bond Vector 方向attachment point已设置的 Descriptor / Pharmacophore 等过滤条件的连接结构。教程中还沿用了前面设置的Weight600TPSA[40,140]!reactive以及 Pharmacophore Filter 等条件。计算完成后新的连接分子会保存到 MDB 中并在 Database Viewer 中查看。6. 结果重点看什么Fragment Linking 的结果不能只看“两个 Fragment 是否成功连起来了。”更重要的是检查两个原始 Fragment 的 Pose 是否基本保留Linker 是否产生明显的空间冲突关键蛋白–配体相互作用是否仍然存在新 Linker 是否形成不合理的扭曲构象整体分子性质是否仍处于可接受范围教程默认启用了Labeled Linkers因此只保留使用数据库中标记 attachment points 的结果关闭这一限制可以产生更多候选但同时会扩大搜索空间。7. Fragment Linking 最大的价值是什么Fragment Linking 的核心价值是利用已经得到的两个可靠结合模式把两个局部有效的识别单元整合进同一个分子。因此它非常依赖高质量的起始结构。如果两个 Fragment 的 Pose 本身并不可靠那么根据这些 Pose 搜索 Linker 也缺少可靠基础。完整思路可以压缩为两个可靠 Bound Fragments↓寻找面向彼此的 R-Vectors↓定义 Essential / Optional Connection Points↓3D Linker Search↓Descriptor / Pharmacophore Filter↓生成连接分子↓检查 Pose、Clash 与关键相互作用小结Link Multiple Fragments解决的是 FBDD 中经典的 Fragment Linking 问题已知两个 Fragment 分别占据不同亚口袋后寻找能够保持其相对三维位置的 Linker将它们连接成一个新的完整分子。它真正的关键不是“连上”而是连上以后两个原本有价值的 Fragment 是否还能保持合理的结合模式。下一篇将进入Add Group to Ligand当只有一个 Fragment而旁边还有未被占据的口袋时如何让分子沿着合适的方向继续生长