Relative Binding Free-Energy Calculations at Lipid-Exposed Sites: Deciphering Hot Spots

药物发现 结合位点 生物物理学 能源景观 小分子 化学 分子 纳米技术 材料科学 生物化学 生物 有机化学
作者
Callum J. Dickson,Viktor Horn̆ák,José S. Duca
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:61 (12): 5923-5930 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.1c01147
摘要

Relative binding free-energy (RBFE) calculations are experiencing resurgence in the computer-aided drug design of novel small molecules due to performance gains allowed by cutting-edge molecular mechanic force fields and computer hardware. Application of RBFE to soluble proteins is becoming a routine, while recent studies outline necessary steps to successfully apply RBFE at the orthosteric site of membrane-embedded G-protein-coupled receptors (GPCRs). In this work, we apply RBFE to a congeneric series of antagonists that bind to a lipid-exposed, extra-helical site of the P2Y1 receptor. We find promising performance of RBFE, such that it may be applied in a predictive manner on drug discovery programs targeting lipid-exposed sites. Further, by the application of the microkinetic model, binding at a lipid-exposed site can be split into (1) membrane partitioning of the drug molecule followed by (2) binding at the extra-helical site. We find that RBFE can be applied to calculate the free energy of each step, allowing the uncoupling of observed binding free energy from the influence of membrane affinity. This protocol may be used to identify binding hot spots at extra-helical sites and guide drug discovery programs toward optimizing intrinsic activity at the target.
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