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2.4 AutoDock

AutoDock [4] est un programme flexible, utiliser pour le docking protéine-ligand. Il s'agit d'un ensemble de procédures, dont le but de prédire l'interaction de petites molécules, telles que des médicaments candidats »ligand» ou des substrats à un récepteur dont la structure 3D est connue. AutoDock fonctionne essentiellement comme une procédure en deux étapes : le calcul de la carte d'interaction du site de liaison du récepteur qui est réaliséavec autogrid, et la position de ligand sur la carte d'interaction, qui est effectuée avec autodock.

Le programme AutoGrid est chargéde calculer les cartes d'interaction des grilles afin de maximiser l'étape d'évaluation des différentes configurations du ligand. Pour cela une grille entoure la protéine réceptrice et un atome sonde est placéà chaque intersection. L'énergie d'interaction de cet atome avec la protéine est calculée et attribuée à l'empla-cement de l'atome sonde sur la grille. Une grille d'affinitéest calculépour chaque type d'atome du ligand. Le temps de calcul de l'énergie en utilisant les grilles est proportionnel au nombre d'atomes du ligand uniquement, il est indépendant du nombre d'atomes du récepteur.

Le programme AutoDock effectue la partie de recherche et d'évaluation des différentes configurations du ligand. Il est possible d'utiliser plusieurs techniques pour obtenir les configurations (par recuit simulé, algorithme génétique ou par algorithme génétique La-marckien). Pour la méthode Monte Carlo, à chaque pas un déplacement au hasard de tous les degrés de libertéest effectué(translation, rotation, torsion). Les énergies de la nouvelle et de l'ancienne configuration sont comparées. Si la nouvelle est plus basse elle est gardée, sinon elle est conservée ou rejetée.

La version actuelle du programme est la version 4.2, qui fournit de nouvelles fonctionnalités importantes pour le docking comme la flexibilitédes résidus de protéines et des fonctions de score de haute qualité. Afin de pouvoir réaliser le criblage virtuel avec AutoDock, un ensemble d'outils nécessaires doivent être mis en place :

· Java OpenJDK (openjdk-7-jdk)

· Python 2.7

· AutoDock4.2 (http: // autodock. scripps. edu )

· MGLTools (http: // mgltools. scripps. edu/ )

· autodocksuite-4.2.5.1-i86Linux2.tar.gz

· AutoDockTools

· Les fichiers nécessaires téléchargeable depuis le site de base de donnée de protéine : www.pdb.com

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2.4.1 Docking avec AutoDock

AutoDock a besoin de connaître les types, les charges et la liste de liaison de chaque atome, afin de pouvoir effectuer la procédure de docking. Tout d'abord, il faut chercher dans la base de donnée PDB (Protein Data Bank) dans le site (http: // www. pdb. org,http: // www. rcsb. org ), les fichiers pdb pour la protéine et le ligand.

FIGURE 7 - Procédures de docking avec AutoDock

La procédure de docking avec AutoDock se décompose en plusieurs étapes :

1. Préparer le fichier d'entrée de protéine. Dans cette étape un fichier PDBQT(Protein Data Bank, Partial Charge (Q), & Atom Type (T)) sera créé, qui contient les atomes et les charges partielles.

> input protein.pdb

> output protein.pdbqt

L'utilisateur possède 2 choix pour préparer son protéine, soit il utilise l'outil »ADT», soit via la commande suivante :

> /usr/local/MGLTools-1.5.6/bin/pythonsh /usr/local/MGLTools-1.5.6 /MGLToolsPckgs/AutoDockTools/Utilities24/prepare receptor4.py -r protein.pdb

2.

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Préparer le fichier d'entrée de ligand. Cette étape est très semblable à la préparation du protéine. Nous créons un fichier dont l'extension est PDBQT du ligand.La préparation s'effectue comme suit :

> input ligand.pdb

> output ligand.pdbqt

> /usr/local/MGLTools-1.5.6/bin/pythonsh /usr/local/MGLTools-1.5.6 /MGLToolsPckgs/AutoDockTools/Utilities24/

prepare ligand4.py -r ligand.pdb

3. Génération d'un fichier de paramètre de la grille. Maintenant, nous devons définir l'espace en 3D, qu'AutoDock considèrera pour le docking. Dans cette phase, nous allons créer les fichier d'entrées pour »AutoGrid4», qui permettra de créer les différents fichiers de carte »map file» et le fichier de données de la grille »gpf»(grid parameter file).

> input ligand.pdbqt & protein.pdbqt > output protein.gpf

> /usr/local/MGLTools-1.5.6/bin/pythonsh /usr/local/MGLTools-1.5.6/MGLToolsPckgs/AutoDockTools/Utilities24/

prepare gpf4.py -l ligand.pdbqt -r protein.pdbqt

4. Génération des fichiers de cartes et de données de la grille. Dans l'étape précédente, nous avons crééle fichier de paramètres de la grille, et maintenant nous allons utiliser »AutoGrid4» pour générer les différents fichiers de cartes et le fichier principal de données de la grille.

> input protein.pdbqt & protein.gpf > autogrid4 -p protein.gpf

Après avoir lancéautogrid, plusieurs nouveaux fichiers avec l'extension map se créent, qui correspondent à chaque type d'atome de ligand et des fichiers auxiliaires. Ces fichiers sont importants dans le processus de docking.

5. Génération du fichier de paramètre de docking. Cette étape consiste à préparer les fichiers de docking (dpf).

> input ligand.pdbqt & protein.pdbqt > output ligand protein.dpf

> /usr/local/MGLTools-1.5.6/bin/pythonsh /usr/local/ MGLTools-1.5.6/MGLToolsPckgs/ AutoDockTools/ Utilities24/prepare dpf4.py -l ligand.pdbqt -r protein.pdbqt

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On peut préparer les fichiers de paramètres pour la grille et pour le docking sans utiliser l'outil ADT, en utilisant un script shell (voir annexe) pour préparer ces fichiers. Le résultat de ce script sont respectivement les fichiers : dpf »docking parameter file» et gpf »grid parameter file».

6. À ce stade, nous aurions créétout un tas de différents fichiers. Cette avant dernière étape consiste à exécuter autodock avec la commande ci-après :

> input protein ligand.gpf

> output result.dlg protein ligand.gpf

> autodock4 -p protein ligand.dpf -l result.dlg

7. La dernière étape sera consacrée à l'analyse des résultats de docking. Après avoir terminéavec succès la procédure de docking. Le meilleur résultat pour le docking, sont les conformations qui possèdent une basse énergie. AutoDock peut faire une première analyse des résultats en regroupant les solutions en classes (clusters) en fonction de leur proximitéspatiale. La mesure de la proximitéentre deux solutions est calculée par la racine de la moyenne des carrés des écarts (Root Mean Square Deviation RMSD) de leurs coordonnées atomiques. Si le RMSD entre molécules est inférieur à une distance seuil, ces deux solutions sont dans la même classe. Le seuil de distance est appelé»tolérance de classe» et sa valeur par défaut, pour AutoDock, est de 0,5. Ce paramètre est transmis à AutoDock par le fichier de paramètrage »dpf» avant le lancement du docking.