Anmerkung zu Sinn & Unsinn von Docking-Programmen

[Michael H.W. Weber]

Sowohl D2OL, THINK als auch Community TSC testen Bibliotheken von kleinen organischen Molekülen daraufhin durch, ob sie auf ein Zielprotein "passen", d.h. mit ihm derartig in Wechselwirkung treten können, daß das betreffende Protein dadurch z.B. inaktiviert wird. Dabei ist (im günstigsten Fall) für die ausgewählten Zielproteine in vorangehenden Experimentaluntersuchungen gezeigt worden, daß sie (direkt) im Zusammenhang mit z.B. einer Krankheit stehen.
Schaut man sich den Rechenvorgang genauer an, so stellt man rasch fest, daß dabei die Gestalt (=Konformation) der zu testenden Bibliothekmoleküle iterativ verändert wird. Es werden alle denkbaren Konformere auf ihre Interaktionsfähigkeit mit dem Protein überprüft - hieraus resultiert auch der enorme Rechenaufwand. Die Konformation des Zielproteins hingegen bleibt scheinbar unverändert. Dies ist - und das muß man wissen - völlig wirklichkeitsfremd, da eine molekulare Interaktion nahezu immer eine Konformationsveränderung BEIDER Interaktionspartner verursacht. Was sogar noch wichtiger ist: Proteine sind alles andere als starre Gebilde! Sie bestehen aus tausenden von Atomen und in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur bewegen diese sich mehr oder weniger schnell im Raum umher. Man muß sich das so vorstellen, wie ein riesiges, heftig wackelndes Gerüst, an dem sich sogar Teile hin- und herdrehen können. Da die einzelnen Aminosäuren unterschiedliche Ladungen haben, erzeugt ein solches Gebilde ein kompliziertes elektrostatisches Feld in seiner Umgebung. In diesem Feld werden eintretende, potentielle Substratmoleküle - sofern sie passende Ladung haben - festgehalten und z.B. in das eigentliche Reaktionszentrum des Proteins geleitet oder abgestoßen. Die Proteingestalt ist also in ständigem Wandel. Das bedeutet natürlich, daß ein bereits getestetes Bibliotheksmolekül zwar auf die vom Programm angenommene, starre Proteinstruktur nicht paßt, sehr wohl aber evt. mit einer der vielen ANDEREN Konformationen des Proteins interagieren kann.
Da darf man schon mal kritisch fragen, wieviel Erfolg man sich von diesen Rechnungen versprechen kann. Ich bin mal gespannt, wann die ersten "Docking-Programme" herauskommen, die auch unterschiedliche Konformere der Zielproteine erfassen. Dazu müßte man aber etwas von der Vorhersage der Proteingestaltsveränderungen wissen, womit wir wieder bei den Projekten Folding@Home und Distributed Folding wären.

Michael.

[vfrey]

Hallo Michael,

danke für die Klarstellung. Diese Frage wäre sicherlich allen Projekten zu stellen, die Protein Screening durchführen. Bei UD und wohl auch Sengent würde wohl kein Mensch (zumindest kein Mitarbeiter des Projekts) darauf antworten...aber bei TSC gibt sich Dr. Rothberg momentan alle Mühe, im Forum Vertrauen zu bilden.

Da ich mir eine englische Version Deines Beitrages nicht zutraue, würde ich Dich bitten, das ganze evtl. mal im TSC-Forum zu posten. Auf die Antwort wäre ich nämlich sehr gespannt...

[Michael H.W. Weber]

Moin. Das mit den als "starr" angenommen Proteintargets ist ein recht interessanter Aspekt. Man muß dazu wissen, daß es zwei völlig verschiedene Experimentalmethoden zur Bestimmung von (Protein)strukturen gibt (und diese Strukturergebnisse sind immer Voraussetzung für Docking-Analysen): einmal durch Kristallisation (hatte ich anderweitig hier im Forum schon mal erklärt) und einmal durch NMR (nuclear magnetic resonance).
Der gravierende Unterschied besteht darin, daß man bei der Kristallisation das Protein im Zustand eines Festkörpers untersucht (Kristall), während bei NMR die Strukturbestimmung in einem Lösungsmittel erfolgt. Daraus folgt, daß man bei NMR-Strukturbestimmungen auch Informationen über die Proteindynamik, also die Beweglichkeit bekommt. Unsere Arbeitsgruppe arbeitet zum Bespiel seit Beginn der 90er Jahre an den sogenannten Kälteschockproteinen in einem weit verbreiteten Bodenbakterium (Bacillus subtilis = Heubacillus). Wir haben damals einen Vertreter dieser Proteinklasse (die interessanterweise in fast allen Bakterien gefunden wird), CspB, sowohl durch Kristallisation als auch per NMR strukturell eingehend charakterisiert. Während die Kristallstruktur eine einzige scharf definierte Anordnung der Atome im Raum zeigt, deckt die NMR-Analyse auf, daß bestimmte Segmente - besonders aber die beiden Enden des Proteins - hochflexibel sind. Genauso könnte es sich nun auch bei den Drugtargets, die bei diesen dc-Projekten untersucht werden, verhalten. Leider ist die NMR-Datenanalyse recht kompliziert und eher beschränkt auf kleine Proteine, sodaß man sie für die meisten Drugtargets kaum sinnvoll einsetzen kann.

Ich hoffe, es hat jemanden interessiert...

@vfrey: ich werde gelegentlich mal im TSC Forum vorbeischauen.

Michael.

[bluumi]

Ich hoffe, es hat jemanden interessiert...

Nö, ich denke wir alle lesen deine Berichte blocs, weil es so viele faszinierende BUCHSTABEN-Kombinationen enthält!

Nö, in der Tat bin ich immerwieder fasziniert an Deinen Berichten, weil sie mal nicht das PC Gefasel enthalten, sondern Sinn und Zweck meiner Vereinten CPU Zyklen ...

[sich nach den CPU Zycles umschauend] Hey! Wo wollt Ihr hin?
AN DIE ARBEIT ... nicht blos zuhören...
[Sich im Sessel zurück lehnen]

[Michael H.W. Weber]

Na, da bin ich ja beruhigt...
Übrigens für die richtigen Computerfreaks: schaut euch mal bei Community TSC folgenden thread an:

http://www.rothberginstitute.org/cgi-ts ... 6;t=000008

Dort wird nach Expertenhilfe z.B. beim Design von deren Website gesucht (aber auch bei anderem). Wer also Lust, Kenntnisse & Ideen hat: viel Spaß beim möglicherweise kostenlosen Reisen.

Michael.