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前面的教程已经完成了从发现优化空间到修改配体结构的过程。现在还差最后一步如何把前面 Electrostatic Maps 中看到的热点真正转化成一个新的蛋白–配体相互作用我们继续沿着前面加入的 NCO 基团向外延伸最终在 Tarceva analog 上引入一个带正电的NH₃⁺ 基团尝试利用此前发现的 Donor hotspot。这一篇就是把前面的结构分析真正“闭环”。1. 先给新的基团加一段 Linker上一篇中我们已经在 quinazoline core 上加入了新的NC(O)基团并完成了 torsion 调整和 Minimize。接下来选择新加入 carbonyl group 上带 R-Vector 的 H然后在 Builder 中连续点击C三次加入一条–CH₂–CH₂–CH₃也就是 propyl group。随后再次点击RHS → Minimize优化新的 ligand conformation并更新 strain、solvation 和 affinity 等性质。2. 为什么这里需要一段 Linker这一步其实很好理解。前面的 Electrostatic Maps 已经提示Leu694 和 Asp776 附近存在值得探索的 Donor hotspots。但热点并不一定正好贴着原配体。因此新的设计必须解决一个几何问题需要多长的 linker才能让新的功能基团真正够到目标区域所以我们不是直接在 quinazoline 上加一个带电基团而是逐步向口袋外延伸。这体现了一个很典型的 SBDD 思路目标热点的位置——决定生长方向——设计合适长度的 linker——最后在末端加入真正产生相互作用的功能基团3. 在 linker 末端加入氨基propyl group 优化完成后选中末端 methyl 上的 H然后在 Builder 中点击NMOE 会在末端添加一个中性的–NH₂基团。但我们并没有停在这里。继续选中新加入 NH₂ 中的原子然后点击1将中性 NH₂ 转变为NH₃⁺。4. 再次 Minimize热点有没有真的被利用加入 NH₃⁺ 后再次运行RHS → Minimize优化完成后可以看到NH₃⁺ group 与蓝色 Donor hotspot 接触并且与 receptor 形成新的相互作用。这一步非常关键。因为之前所有分析都只是一个假设“这里可能适合加入 donor/positive feature。”现在经过真实的三维建模和优化后这个假设第一次变成了一个明确的结构结果新的功能基团确实能够到达该区域并形成新的 receptor interaction。5. 保存这个新设计通过 Capture 保存当前状态命名为NH3并将新的 ligand 及其 properties 添加到前面的 Capture database 中。这样我们已经有了原始 TarcevaBromobenzene designNH₃⁺ design可以用于后续比较。6. 新旧配体真正放在一起比较接下来重新显示原始 Tarceva。Tarceva 为 yellow新设计 ligand 为 cyan两者的 quinazoline core 位置基本没有明显变化。这个结果很重要。因为我们的设计目标并不是把整个配体重新摆一遍而是尽量保留原有可靠的 hinge-binding core同时利用外围空间增加新的相互作用。这正好和前面几篇的分析逻辑对应起来。7. Ligand Interactions到底增加了哪些作用再次打开RHS → Ligand → Ligand Interactions由于当前两个 ligand 都处于 active 状态可以通过 Up / Down arrows 在它们的 Interaction Diagram 之间切换。新设计的NH₃⁺ ligand形成了一些 Tarceva 原本不存在的相互作用例如与Asp776Cys773形成新的 H-bond。8. 从“计算结果”回到 SAR 解释有一个一个可能的 SAR 解释当前 modeling 结果提示实验中观察到的活性变化可能与 ligand 上ionizable group和Asp776或 Leu694附近的相互作用有关。因此教程总结出一个简单的设计模式保留原有 EGFR-binding scaffold足够长度的 linker末端 basic nitrogen——尝试到达 Asp776 并形成新的氢键或带电相互作用这也是本系列到目前为止最完整的一次结构设计闭环。9. 回顾整个设计逻辑我们并不是一开始就随便在 Tarceva 上加 NH₃⁺。真实过程是Ligand Interactions发现需要保留的关键 hinge binding↓Interaction Surface发现未充分利用的空间↓Electrostatic Maps发现 Donor hotspot↓R-Vector确定可以从哪里向外生长↓Builder设计新的 linker 和功能基团↓Ligand Torsions Minimize检查构象是否合理↓Ligand Interactions验证是否产生新的 receptor interaction这才是结构指导药物设计真正有价值的地方每一次结构修改都尽量能追溯到前面的三维结构依据。10. 本篇小结到这里我们已经完成了Tarceva 案例中一轮完整的 ligand optimization。从最初的晶体结构出发我们最终构建出了一个新的 analog并通过三维结构解释了为什么在这一方向加入linker basic nitrogen可能值得进一步探索。但目前所有修改主要还是基于已有 binding mode 手工完成的。当分子变化越来越大时一个新的问题会出现我们还能相信它继续保持原来的结合构象吗接下来就要进入 SBDD 中另一个核心工具MOE基于结构的药物设计十一Docking——分子对接到底在做什么 MOE基于结构的药物设计（十）：Ligand Modification——如何把口袋热点真正转化成新的相互作用？
前面的教程已经完成了从发现优化空间到修改配体结构的过程。现在还差最后一步如何把前面 Electrostatic Maps 中看到的热点真正转化成一个新的蛋白–配体相互作用我们继续沿着前面加入的 NCO 基团向外延伸最终在 Tarceva analog 上引入一个带正电的NH₃⁺ 基团尝试利用此前发现的 Donor hotspot。这一篇就是把前面的结构分析真正“闭环”。1. 先给新的基团加一段 Linker上一篇中我们已经在 quinazoline core 上加入了新的NC(O)基团并完成了 torsion 调整和 Minimize。接下来选择新加入 carbonyl group 上带 R-Vector 的 H然后在 Builder 中连续点击C三次加入一条–CH₂–CH₂–CH₃也就是 propyl group。随后再次点击RHS → Minimize优化新的 ligand conformation并更新 strain、solvation 和 affinity 等性质。2. 为什么这里需要一段 Linker这一步其实很好理解。前面的 Electrostatic Maps 已经提示Leu694 和 Asp776 附近存在值得探索的 Donor hotspots。但热点并不一定正好贴着原配体。因此新的设计必须解决一个几何问题需要多长的 linker才能让新的功能基团真正够到目标区域所以我们不是直接在 quinazoline 上加一个带电基团而是逐步向口袋外延伸。这体现了一个很典型的 SBDD 思路目标热点的位置——决定生长方向——设计合适长度的 linker——最后在末端加入真正产生相互作用的功能基团3. 在 linker 末端加入氨基propyl group 优化完成后选中末端 methyl 上的 H然后在 Builder 中点击NMOE 会在末端添加一个中性的–NH₂基团。但我们并没有停在这里。继续选中新加入 NH₂ 中的原子然后点击1将中性 NH₂ 转变为NH₃⁺。4. 再次 Minimize热点有没有真的被利用加入 NH₃⁺ 后再次运行RHS → Minimize优化完成后可以看到NH₃⁺ group 与蓝色 Donor hotspot 接触并且与 receptor 形成新的相互作用。这一步非常关键。因为之前所有分析都只是一个假设“这里可能适合加入 donor/positive feature。”现在经过真实的三维建模和优化后这个假设第一次变成了一个明确的结构结果新的功能基团确实能够到达该区域并形成新的 receptor interaction。5. 保存这个新设计通过 Capture 保存当前状态命名为NH3并将新的 ligand 及其 properties 添加到前面的 Capture database 中。这样我们已经有了原始 TarcevaBromobenzene designNH₃⁺ design可以用于后续比较。6. 新旧配体真正放在一起比较接下来重新显示原始 Tarceva。Tarceva 为 yellow新设计 ligand 为 cyan两者的 quinazoline core 位置基本没有明显变化。这个结果很重要。因为我们的设计目标并不是把整个配体重新摆一遍而是尽量保留原有可靠的 hinge-binding core同时利用外围空间增加新的相互作用。这正好和前面几篇的分析逻辑对应起来。7. Ligand Interactions到底增加了哪些作用再次打开RHS → Ligand → Ligand Interactions由于当前两个 ligand 都处于 active 状态可以通过 Up / Down arrows 在它们的 Interaction Diagram 之间切换。新设计的NH₃⁺ ligand形成了一些 Tarceva 原本不存在的相互作用例如与Asp776Cys773形成新的 H-bond。8. 从“计算结果”回到 SAR 解释有一个一个可能的 SAR 解释当前 modeling 结果提示实验中观察到的活性变化可能与 ligand 上ionizable group和Asp776或 Leu694附近的相互作用有关。因此教程总结出一个简单的设计模式保留原有 EGFR-binding scaffold足够长度的 linker末端 basic nitrogen——尝试到达 Asp776 并形成新的氢键或带电相互作用这也是本系列到目前为止最完整的一次结构设计闭环。9. 回顾整个设计逻辑我们并不是一开始就随便在 Tarceva 上加 NH₃⁺。真实过程是Ligand Interactions发现需要保留的关键 hinge binding↓Interaction Surface发现未充分利用的空间↓Electrostatic Maps发现 Donor hotspot↓R-Vector确定可以从哪里向外生长↓Builder设计新的 linker 和功能基团↓Ligand Torsions Minimize检查构象是否合理↓Ligand Interactions验证是否产生新的 receptor interaction这才是结构指导药物设计真正有价值的地方每一次结构修改都尽量能追溯到前面的三维结构依据。10. 本篇小结到这里我们已经完成了Tarceva 案例中一轮完整的 ligand optimization。从最初的晶体结构出发我们最终构建出了一个新的 analog并通过三维结构解释了为什么在这一方向加入linker basic nitrogen可能值得进一步探索。但目前所有修改主要还是基于已有 binding mode 手工完成的。当分子变化越来越大时一个新的问题会出现我们还能相信它继续保持原来的结合构象吗接下来就要进入 SBDD 中另一个核心工具MOE基于结构的药物设计十一Docking——分子对接到底在做什么