获得改善的治疗性配体的方法及由此获得的治疗性配体技术

本发明专利技术提供了涉及从头设计将与大分子靶的结合位点结合的配体或者鉴定用于改善配体对大分子靶的结合位点的亲和性的配体修饰的方法和相关的设备，其包括使用从生物大分子的数据库中提取的关于非键合的分子间或分子内原子与原子接触的信息，以鉴定针对特定原子类型，与结合位点相邻的有利区域，以及修饰候选配体以增加候选配体的原子与有利区域之间的交叉。可以通过计算机来实施本方法的一个或多个步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及获得改善的治疗性配体，特别是通过确定现有或候选配体可如何被修饰以改善该配体在靶蛋白质上的结合位点处的结合或者通过帮助将作为前体的候选配体从头设计成治疗剂来获得。治疗性分子(配体)分成2种不同的类别：化学实体(或新型化学实体，NCE)和生物制品。前者为低分子量有机化合物，其分子量通常为500道尔顿或更低，并且是化学合成的或分离自天然产物。这些化合物通常衍生自通过筛选化学或天然产物文库而发现的起始化学物质或“苗头化合物”。这样的苗头化合物通常对靶具有亚最佳的结合亲和性，并且需要在化学修饰中大量的反复试验以获得针对靶的较好的亲和性(通常具有低微摩尔或更低的亲和常数(KD))。优选的是，苗头化合物具有较低的分子量(例如，300道尔顿或更低)，以便随后的化学修饰不会超过500道尔顿的界限。这些苗头化合物通常被称为“片段”。用以获得候选治疗性分子或前导分子的苗头化合物优化通过结构信息而大幅增强；例如通过获得与苗头分子或片段共复合的蛋白质的x射线晶体结构。这样的数据提供了对于小分子在靶蛋白质上的结合位置的洞察，并且重要的是表明了该两者之间的原子相互作用如何导致结合。此外，揭示了紧紧围绕所结合的苗头化合物的蛋白质表面的拓扑性质；具体而言，如果其为裂沟或口袋，则该结构将表明所述苗头化合物可如何经过精细的加工以更好地填充口袋内的空间以及如何与蛋白质进一步相互作用并由此改善结合亲和性和特异性。有大量的基于计算机的算法可以用来帮助医药药剂师对苗头化合物的化学精细加工进行合理的选择。这些是基于物理学的方法(其试图根据第一原理来计算小分子与蛋白质之间的结合自由能)(例如Schrodinger(RTM)软件套件)或统计势方法(其依赖于从蛋白质-小分子结构的集合提取的原子相互作用的数据库)(例如SuperStar)。生物制品为大的肽或蛋白质分子(其分子量超过1000道尔顿)。它们通常为识别并结合靶分子的抗体或抗体样分子，其通常具有比NCE更好的亲和性和特异性(低纳摩尔或更低的KD)。它们还可以为其它类型的蛋白质分子，例如激素、细胞因子、生长因子或可溶性受体。候选生物治疗性分子与结合位点的结合可以通过使该候选治疗性分子突变来修饰。这可被需要来改善结合亲和性或改变结合特异性。然而，实施突变以及检验突变分子的结合效率是相对耗时的。在得到结合效率的改善之前可能需要许多不同的突变。已知使用计算机来预测可能是最有效的修饰类型。然而，给定的分子可以以巨大量的方式修饰，并且难以配置计算机以使得预测可以在实用的时间段内可靠地实现。LaskowskiRA,ThorntonJM,HumbletC&SinghJ(1996)“X-SITE:useofempiricallyderivedatomicpackingpreferencestoidentifyfavourableinteractionregionsinthebindingsitesofproteins”,JournalofMolecularBiology,259,175-201公开了基于计算机的方法，其用于鉴定针对蛋白质表面上(例如在二聚体界面上或在分子识别或结合位点上)不同原子类型的有利相互作用区域。Laskowski等人的预测基于关于在高分辨率蛋白质结构中所观察到的非键合的分子内接触的经验数据的数据库。在Laskowski等人的方法中，20种氨基酸被打碎以产生总计488种可能的3原子片段。考虑到化学相似性，这些片段减少至一组163种片段类型(其将数据库细分)。每个片段均包含第一原子(被称为“位置3”)，其与2个其它原子定义了三角测量(或空间标准化)位置。通过记录其中原子(其可被称为“第二原子”)被发现与3原子片段中的第一原子形成非键合分子内接触的各个位置而衍生密度函数。Laskowski等人通过将密度函数植入结合位点而获得针对给定原子类型的预测的有利相互作用区域。植入各密度函数以使得与密度函数相应的3原子片段的3个原子的坐标被迭加至结合位点中相应的3原子片段的坐标上。当来自结合位点中不同的3原子片段的密度函数重叠时，使用平均“密度”来预测有利的相互作用区域。Laskowski等人的方法是相对复杂的，并丢弃了潜在有用的数据。Laskowski等人通过利用针对各片段类型的第二原子接触的位置填充3D网格来获得密度函数。不同的网格用于163种片段类型的每一种。然后，将各第二原子类型的数据进行数学转换以给出密度函数。通过使用Laskowski等人的片段定义，片段类型可以由相同残基上的不同原子和由不同残基上的原子所共有。当Laskowski等人的数据库在这些片段类型上建立时，存在主链片段过剩，这需要在将密度函数植入结合位点的阶段进行权重下调。此外，给定的片段类型可包括数个实际片段，其在键长和键角中具有微小差异、以及在第二原子分布中具有伴随差异，当在这些标度(division)中结合时，这些差异将被掩盖。Laskowski等人用于获得经验数据的蛋白质短程二级结构可导致偏倚并降低经验数据指示有利相互作用区域的效率。本专利技术的目的是解决上文讨论的现有技术的至少一个问题。根据本专利技术的方面，提供了用于从头设计将与大分子靶的结合位点结合的配体或者鉴定用于改善配体对大分子靶的结合位点的亲和性的配体修饰的方法，其包括：a)鉴定形成靶结合位点的表面的原子的靶列表；b)将靶列表中的各原子(下文被称为θ原子)鉴定为特定的θ原子类型；c)从生物大分子的结构数据库中提取关于非键合的分子内或分子间原子与原子接触的信息，其中原子的接触对中的第一原子为特定的θ原子类型，并且该接触对中相对的第二原子(下文被称为ι原子)为特定的ι原子类型，所述信息包括关于ι原子相对于θ原子的空间和/或上下文数据，并且针对给定θ原子类型的多个接触从所述数据库收集的所述数据在下文中被称为θ接触集；d)对于在步骤b)中在靶列表中鉴定的每个θ原子，根据在步骤c)中提取的相应θ接触集，将关于给定ι原子类型或预定的相关ι原子类型组的数据在靶结合位点中或其周围进行迭加；e)以预测结合位点的一个或多个有利区域的方式组合和/或解析迭加的数据，在所述有利区域中给定的ι原子类型或预定的相关ι原子类型组具有高的理论倾向性；以及f)通过使用理论上对接至结合位点中的候选配体，将候选配体的一个或多个原子的类型和位置与针对各自ι原子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其用于从头设计将与大分子靶的结合位点结合的配体或者鉴定用于改善配体对大分子靶的结合位点的亲和性的配体修饰，所述方法包括：a)鉴定形成靶结合位点的表面的原子的靶列表；b)将靶列表中的各原子，该原子在下文中被称为θ原子，鉴定为特定的θ原子类型；c)从生物大分子的结构数据库中提取关于非键合的分子内或分子间原子与原子接触的信息，其中原子的接触对中的第一原子为特定的θ原子类型，并且所述接触对中的相对的第二原子，该第二原子在下文中被称为ι原子，为特定的ι原子类型，所述信息包括关于ι原子相对于θ原子的空间和/或上下文数据，并且针对给定θ原子类型的多个接触从所述数据库收集的所述数据在下文中被称为θ接触集；d)对于在步骤b)中在靶列表中鉴定的每个θ原子，根据在步骤c)中提取的相应θ接触集，将关于给定ι原子类型或预定的相关ι原子类型组的数据在靶结合位点中或其周围进行迭加；e)以预测结合位点的一个或多个有利区域的方式组合和/或解析迭加的数据，在所述有利区域中给定ι原子类型或预定的相关ι原子类型组具有高的理论倾向性；以及f)通过使用理论上对接至结合位点中的候选配体，将候选配体的一个或多个原子的类型和位置与针对各自ι原子类型所预测的有利区域相比较，以就备选的和/或额外的候选配体原子而言鉴定候选配体的修饰，所述修饰将在备选的和/或额外的候选配体原子与各自ι原子类型有利区域之间产生更大的交叉，从而使得修饰的候选配体对结合位点的亲和性相较于未修饰的候选配体得到改善；其中所述数据库中的每个非键合的分子内或分子间接触被定义为蛋白质折叠的相对残基之间或者大分子折叠的相对单体单元之间或者两个相互作用的大分子伴侣之间的接触，并且特别是折叠的一侧上或第一相互作用伴侣上的θ原子与相对一侧上或第二相互作用伴侣上的ι原子之间的接触；在该情形中，满足以下条件：s‑Rw≤t，其中s为所述接触的两个原子之间的间隔，Rw为所述接触的两个原子的范德华半径的总和，而t为预定的阈值距离；以及其中在步骤b)中独特地鉴定θ原子类型，以使得针对给定θ原子类型在步骤c)中提取的θ接触集的数据与针对任何其它θ原子类型在步骤c)中提取的任何其它θ接触集的数据之间不存在交叉，除了关于涉及作为ι原子的给定θ原子的接触的数据以外。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.13 GB 1310544.01.一种方法，其用于从头设计将与大分子靶的结合位点结合的配
体或者鉴定用于改善配体对大分子靶的结合位点的亲和性的配体修
饰，所述方法包括：
a)鉴定形成靶结合位点的表面的原子的靶列表；
b)将靶列表中的各原子，该原子在下文中被称为θ原子，鉴定
为特定的θ原子类型；
c)从生物大分子的结构数据库中提取关于非键合的分子内或分子
间原子与原子接触的信息，其中原子的接触对中的第一原子为特定的
θ原子类型，并且所述接触对中的相对的第二原子，该第二原子在下
文中被称为ι原子，为特定的ι原子类型，所述信息包括关于ι原子相
对于θ原子的空间和/或上下文数据，并且针对给定θ原子类型的多个
接触从所述数据库收集的所述数据在下文中被称为θ接触集；
d)对于在步骤b)中在靶列表中鉴定的每个θ原子，根据在步骤
c)中提取的相应θ接触集，将关于给定ι原子类型或预定的相关ι原
子类型组的数据在靶结合位点中或其周围进行迭加；
e)以预测结合位点的一个或多个有利区域的方式组合和/或解析
迭加的数据，在所述有利区域中给定ι原子类型或预定的相关ι原子
类型组具有高的理论倾向性；以及
f)通过使用理论上对接至结合位点中的候选配体，将候选配体的
一个或多个原子的类型和位置与针对各自ι原子类型所预测的有利区
域相比较，以就备选的和/或额外的候选配体原子而言鉴定候选配体的
修饰，所述修饰将在备选的和/或额外的候选配体原子与各自ι原子类
型有利区域之间产生更大的交叉，从而使得修饰的候选配体对结合位
点的亲和性相较于未修饰的候选配体得到改善；
其中所述数据库中的每个非键合的分子内或分子间接触被定义为
蛋白质折叠的相对残基之间或者大分子折叠的相对单体单元之间或者
两个相互作用的大分子伴侣之间的接触，并且特别是折叠的一侧上或

\t第一相互作用伴侣上的θ原子与相对一侧上或第二相互作用伴侣上的
ι原子之间的接触；在该情形中，满足以下条件：
s-Rw≤t，其中s为所述接触的两个原子之间的间隔，Rw为所述
接触的两个原子的范德华半径的总和，而t为预定的阈值距离；以及
其中在步骤b)中独特地鉴定θ原子类型，以使得针对给定θ原
子类型在步骤c)中提取的θ接触集的数据与针对任何其它θ原子类
型在步骤c)中提取的任何其它θ接触集的数据之间不存在交叉，除
了关于涉及作为ι原子的给定θ原子的接触的数据以外。
2.根据权利要求1的方法，其中对于在步骤c)中从蛋白质成员
的结构数据库中提取的每个非键合的分子内接触而言，还满足以下条
件：
所述接触的θ原子和ι原子在沿线性多肽间隔至少4个残基的不
同残基上，或者在分开的多肽链上。
3.根据前述权利要求的任意一项的方法，其中所述θ原子类型被
鉴定为：
在蛋白质的20种天然氨基酸中存在的167种非氢原子中的一种且
仅一种；
在脱氧核糖核酸聚合物(DNA)的4种核苷酸中存在的82种非
氢原子中的一种且仅一种；
在甲基化的DNA核苷酸、磷酸胞苷和磷酸腺苷中存在的42种非
氢原子中的一种且仅一种；
在核糖核酸聚合物(RNA)的4种磷酸核苷酸中存在的85种非
氢原子中的一种且仅一种；
在RNA的2-O’-甲基化磷酸核糖核苷酸中存在的89种非氢原子
中的一种且仅一种；
在最常见的转录后碱基修饰的RNA中存在的超过400种非氢原
子中的一种且仅一种。
4.根据前述权利要求的任意一项的方法，其中在步骤c)中提取
的信息是在次级数据库中收集的，所述次级数据库包含针对各个θ原
子类型的一种且仅一种θ接触集。
5.根据权利要求4的方法，其中将所述次级数据库θ接触集的每
一个细分成多个非重叠的ι原子类型或非重叠的相关ι原子类型组。
6.根据前述权利要求的任意一项的方法，其中所述ι原子类型被
鉴定为：
在蛋白质的20种天然氨基酸中存在的167种非氢原子以下的一种
且仅一种；
在蛋白质结合的、结构相关的水分子中存在的氧原子以下的一种
且仅一种；
在脱氧核糖核酸聚合物(DNA)的4种核苷酸中存在的82种非
氢原子以下的一种且仅一种；
在甲基化的DNA核苷酸、磷酸胞苷和磷酸腺苷中存在的42种非
氢原子以下的一种且仅一种；
在核糖核酸聚合物(RNA)的4种磷酸核苷酸中存在的85种非
氢原子以下的一种且仅一种；
在RNA的2-O’-甲基化磷酸核糖核苷酸中存在的89种非氢原子
以下的一种且仅一种；和/或
在最常见的转录后碱基修饰的RNA中存在的超过400种非氢原
子以下的一种且仅一种。
7.根据前述权利要求的任意一项的方法，其中所述预定的相关ι
原子类型组为多个非重叠组之一，所述非重叠组通过将在蛋白质的20
种天然氨基酸中存在的167种非氢原子分选成相似化学类型的组来获
得。
8.根据权利要求7的方法，其中根据以下因素的一种或多种将ι
原子类型分选成多个非重叠组：原子类型的元素性质、原子类型的杂
化状态。
9.根据权利要求7或8的方法，其中所述ι原子类型被分选成多
个非重叠组，包括：Csp3,Csp2(芳香族),Csp2(非芳香族),Nsp3,
Nsp2,Osp3,Osp2,S。
10.根据前述权利要求的任意一项的方法，其中：
在步骤c)中提取的所述空间数据通过几何参照θ原子的位置和
第三及第四原子的位置来定义θ接触集中指定的各ι原子的位置；
第三原子与θ原子共价键合；以及
第四原子与第三原子共价键合。
11.根据权利要求10的方法，其中：
对于θ接触集中指定的各个ι原子，在步骤c)中提取的所述空间
数据通过几何参照θ原子的位置和第三及第四原子的位置来定义第五
和第六原子的位置；
第五原子与ι原子共价键合；以及
第六原子与第五原子或ι原子共价键合。
12.根据权利要求11的方法，其中步骤d)的在靶位点中或其周
围的迭加包括：
解析θ接触集以提取针对包含给定ι原子类型或一种或多种预定
的相关ι原子类型组的接触的空间数据；以及
标绘此空间数据以测定理论位置，所述理论位置代表了其中如果：
i)所述接触的θ原子定位于靶结合位点中的相应θ原子的位置；以及
ii)所述接触的第三和第四原子定位于靶结合位点中的相应θ原子的

\t第三和第四原子的位置，则各ι原子类型或一种或多种预定的相关ι
原子类型组的每一种会定位于的位置。
13.根据权利要求12的方法，其中：
在所述标绘步骤之前，针对所述上下文数据对提取的空间数据进
行解析。
14.根据权利要求12和13的方法，其中给定ι原子类型或一种
或多种预定的相关ι原子类型组的理论位置的密度高于预定阈值的区
域被鉴定为有利区域之一。
15.根据权利要求12-14的任意一项的方法，其中针对靶列表上
的多个θ原子测定给定ι原子类型或一种或多种预定的相关ι原子类
型组的理论位置，并且其中累积理论位置的密度高于预定阈值的区域
被鉴定为有利区域之一。
16.根据权利要求12-15的任意一项的方法，其中：
如果个体ι原子的理论位置与靶大分子的原子的位置以比Rw-0.2
埃更近的距离交叉，则从随后的分析中排除该ι原子。
17.根据权利要求11-16的任意一项的方法，其中：
针对各个指定的θ原子类型独特地选择第三和第四原子。
18.根据权利要求11-17的任意一项的方法，其中：
针对各个指定的ι原子类型独特地选择第五和第六原子。
19.根据权利要求11-18的任意一项的方法，其中：
对于每个有利区域，推导矢量以描述第五原子相对于其各自ι原
子的位置，并对所述矢量进行分析以鉴定有利的键矢量，其代表所述

\t区域中理论一致的ι原子的共价连接的预测，所述经鉴定的有利的键
矢量用于精制候选配体的设计和/或候选配体的修饰。
20.根据前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：施继晔，T·S·贝克尔，A·D·G·劳森，刘晓峰，
申请(专利权)人：UCB生物制药私人有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE