开源分子对接程序rDock使用方法(2)-高通量虚拟筛选HTVS_rdock分数

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前言

rDock是一个快速、多功能的开源对接程序，可用于将小分子配体与蛋白质或核酸受体的对接；选用不同的对接模式可以完成考虑受体结合水的分子对接（Docking with explicit waters）以及药效团限制性对接（Docking with pharmacophore restraints），也可以用来做高通量虚拟筛选（HTVS）。

本文介绍 rDock采用Multi-Step Protocol进行高通量虚拟筛选HTVS。

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一、rDock用于高通量虚拟筛选HTVS

rDock官网
rDock的介绍、Linux系统上本地安装请参考系列博文：开源分子对接程序rDock的安装及使用流程

Multi-Step Protocol HTVS步骤及注意事项

在HTVS中计算效率非常重要。rDock采用限制搜索空间（即刚性受体），应用基于网格的评分函数和/或使用多步协议尽快停止对较差评分者的采样。

使用DUD系统COMT的多步骤协议，计算时间可以减少7.5倍，而不影响性能：
（1) 对所有配体进行5次对接运行;
（2) 配体达到-22或更低的分数，进一步运行10次;
（3) 对于那些得分为-25或更低的配体，继续运行50次。

针对每个特定系统以上的参数可以调整，但可以通过专门构建的脚本进行识别，即rbhtfinder程序。
rbhtfinder：用于从小型代表性配体库exhaustive dock优化高通量对接方案参数。

首先，rDock运行3个连续步骤： 运行10次，并检查SCORE.INTER是否低于-10，如果符合： 然后再运行5次（直到运行15次），以查看SCORE.INTER 达到-20；如果符合，运行多达50次，采样分子的不同构象。
随后，输出SCORE.INTER优于-10的分子，避免输出冗余。

二、rDock中Multi-Step Protocol用于HTVS的用法

Multi-Step Protocol用于HTVS首先通过虚拟筛选数据库一个代表样本进行Exhaustive docking，将输出结果作为对全部数据库筛选参数的参考。

Step 1. Exhaustive docking

rDock的 Exhaustive docking是对每个配体进行100次运行，标准对接是50次run，输出OUTPUT.sd文件。

rbdock -i INPUT.sd -o OUTPUT -r PRMFILE.prm -p dock.prm -n 100
1

Step 2. sdreport summary

以上文件准备就绪，结果须保存在单个文件中，脚本sdreport -t的输出将用作rbhtfinder的输入：

sdreport -t OUTPUT.sd > sdreport_results.txt
1

输出sdreport_results.txt文件如下，记录了不同类型的能量项：

Step 3. 运行rbhtfinder 脚本

rbhtfinder sdreport_results.txt htvs_protocol.txt -10 -20 7 25
1

生成一个名为htvs_protocol.txt的文件，如下：

Step 4. 运行HTVS

总结参数：

vi PROTOCOLFILE.txt
1

输入以下格式的内容：

3
if - -12 SCORE.INTER 1.0 if - SCORE.NRUNS 6 0.0 -1.0,
if - -17 SCORE.INTER 1.0 if - SCORE.NRUNS 24 0.0 -1.0,
if - SCORE.NRUNS 49 0.0 -1.0,
1
- SCORE.INTER -10,
1
2
3
4
5
6

文件分为两个部分：运行过滤器（3）和写入过滤器（1）。
第一行（数字3）表示运行过滤器中的行数：
第一个过滤器的定义如下：如果运行次数达到N1且得分低于THR 1，则继续过滤2，否则停止该配体并开始下一个配体。
第二个过滤器的定义与第一个过滤器相似：如果运行次数达到N2且评分低于THR 2，则继续过滤3，否则停止并开始下一个配体。
如果配体已通过前两个过滤器，则继续运行50次。
第五行（数字1）表示写入过滤器中的行数：
只输出那些SCORE.INTER低于-10的POSE（避免过度输出）。

HTVS运行方法：

rbdock -i INPUT.sd -o OUTPUT -r PRMFILE.prm -p dock.prm -t PROTOCOLFILE.txt
1

三、 HTVS案例

rDock对接案例输入文件来源：
人雌激素受体α配体结合结构域与拮抗剂配体4-D的复合物，RCSB下载 pdb id 1SJ0 。
receptor文件：下载1SJ0，加氢，加电荷，删除水分子，选中受体结构，保存为1sj0_rec.mol2
ligand文件：选中配体文件，保存为1sj0_ligand.sd

通过Docking in 3 steps，得到以下文件，包括对接参数、受体和配体文件，以及对接口袋的grid文件。

虚拟筛选数据库文件：ZINC 20 ,下载mol2结构文件，随机保存共1000个分子，代表虚拟筛选的示例数据库，保存文件名为1000.sd。
以上 1000个文件保存50个分子为一个sd文件：sel50.sd。

使用以上参数，并没有调整优化：

Exhaustive docking：

rbdock -i sel50.sd -o output-rdock -r 1sj0_rdock.prm -p dock.prm -n 100
1

sdreport提取结果：

sdreport -t output-rdock.sd > sdreport_results.txt
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输出htvs_protocol.txt文件：

rbhtfinder sdreport_results.txt htvs_protocol.txt -10 -20 7 25
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HTVS：

rbdock -i 1000.sd -o output-rdock-htvs -r 1sj0_rdock.prm -p dock.prm -t PROTOCOLFILE.txt
1

1000分子单线程运行大约65 min，结果文件为 output-rdock-htvs.sd。

查看结果：

pymol 1sj0_rdock.mol2 1sj0_ligand.sd 1sj0_rdock_cav1.grd output-rdock-htvs.sd
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在计算方面，rDock是CPU单线程计算，没有看到并行计算的模块，用户可以通过任务拆分，实现多核多线程的计算，提高CPU占用率，加速虚拟筛选。

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总结

本文介绍 rDock采用Multi-Step Protocol进行高通量虚拟筛选HTVS，是一个通过能量过滤剔除显然不合理分子，同时对潜在结合分子采用更为严格条件对接，支持用户根据不同体系特点对参数的调整，可以充分利用时间算力，是一种较为合理的筛选策略。

参考资料

1. https://bbdrug.blog.csdn.net/article/details/136050880
2. https://rdock.github.io/
3. https://rdock.github.io/multistep-protocol-for-htvs/