【无标题】学习CADD-AMBER--薛定谔--代谢组学及网络药理学知识内容

CADD专题
CADD-同源建模-蛋白-薛定谔-Amber-代谢组学及网络药理学专题学习

生物分子互作基础

1.生物分子互作用研究方法

1.1蛋白-小分子、蛋白-蛋白相互作用原理

1.2 分子对接研究生物分子相互作用

1.3 蛋白蛋白对接研究分子相互作用

蛋白数据库

1. PDB 数据库介绍

1.1 PDB蛋白数据库功能

1.2 PDB蛋白数据可获取资源

1.3 PDB蛋白数据库对药物研发的重要性

2.PDB 数据库的使用

2.1 靶点蛋白结构类型、数据解读及下载

2.2 靶点蛋白结构序列下载

2.3 靶点蛋白背景分析及相关数据资源获取途径

2.4 批量下载蛋白晶体结构

蛋白结构分析

1. Pymol 软件介绍

1.1 软件安装及初始设置

1.2 基本知识介绍（如氢键等）

2.Pymol 软件使用

2.1蛋白小分子相互作用图解

2.2 蛋白蛋白相互作用图解

2.3 蛋白及小分子表面图、静电势表示

2.4蛋白及小分子结构叠加及比对

2.5绘相互作用力

2.6 Pymol动画制作

3.实例讲解与练习：

（1）尼洛替尼与靶点的相互作用，列出相互作用的氨基酸，并导出结合模式图

（2）制作结合口袋表面图

（3）Bcr/Abl靶点的PDB结构叠合

（4）制作蛋白相互作用动画

（5）针对ACE2和新冠病毒Spike的蛋白晶体复合物，制作蛋白-蛋白相互作用图

Cartoon Surface Surface of binding site

同源建模

1. 同源建模原理介绍

1.1 同源建模的功能及使用场景

1.2 同源建模的方法

2. Swiss-Model 同源建模；

2.1 同源蛋白的搜索（blast等方法）

2.2 蛋白序列比对

2.3 蛋白模板选择

2.4 蛋白模型搭建

2.5 模型评价（蛋白拉曼图）

2.6 蛋白模型优化

3.实例讲解与练习：用2019-nCoV spike蛋白序列建模，根据相应参数和方法评价模型

小分子构建

1. ChemDraw软件介绍

1.1小分子结构构建

1.2 小分子理化性质（如分子量、clogP等）计算

2.实例讲解与练习：分别构建大环、氨基酸、DNA、RNA等分子

小分子化合物库

1. 小分子数据库

1.1 DrugBank、ZINC、ChEMBL等数据库介绍及使用

1.2 天然产物、中药成分数据库介绍及使用

生物分子互作用Ⅰ

Autodock

1.分子对接基础

1.1分子对接原理及对接软件介绍

2. 分子对接软件（Autodock) 使用

2.1半柔性对接

2.1.1 小分子配体优化准备

2.1.2 蛋白受体优化及坐标文件准备

2.1.3 蛋白受体格点计算

2.1.4 半柔性对接计算

2.2对接结果评价

2.2.1 晶体结构构象进行对比

2.2.2 能量角度评价对接结果

2.2.3 聚类分析评价对接结果

2.2.4 最优结合构象的选择

2.2.5 已知活性化合物对接结果比较

3.实例讲解与练习：针对1IEP完成半柔性对接、柔性对接

虚拟筛选

2.3柔性对接

2.3.1 小分子配体优化准备

2.3.2 蛋白受体优化及坐标文件准备

2.3.3 蛋白受体格点计算

2.3.4 柔性对接计算

2.3.5 柔性对接结果评价

2.3.6 半柔性对接与柔性对接比较与选择

3. 分子对接用于虚拟筛选（Autodock）

3.1 虚拟筛选定义、流程构建及演示

3.2 靶点蛋白选择

3.3化合物库获取

3.4虚拟筛选

3.5 结果分析（打分值、能量及相互作用分析）

3.实例讲解与练习：对1IEP晶体复合物完成虚拟筛选，并对结果进行分析

答疑

针对前两天学习问题的答疑

生物分子互作用II

ZDOCK

1.预测蛋白-蛋白相互作用（ZDOCK）

1.1 受体和配体蛋白前期优化准备

1.2 载入受体和配体分子

1.3蛋白蛋白相互作用对接位点设定

1.4蛋白蛋白对接结果分析与解读

2. 实例讲解与练习：ZDOCK模拟2019-nCoV的spike蛋白6VXX和ACE2蛋白晶体结构的相互作用

3. 3D-QSAR模型构建（Sybyl软件）

1.1 小分子构建

1.2 创建小分子数据库

1.3 小分子加电荷及能量优化

1.4 分子活性构象确定及叠合

1.5 创建3D-QSAR模型

1.6 CoMFA和CoMSIA模型构建

1.7 测试集验证模型

1.8模型参数分析

1.9模型等势图分析

1.10 3D-QSAR模型指导药物设计

2. 实例讲解与练习：搜集Imatinib或Bcr/Abl同靶点抑制剂小分子的类似物结构及其活性值，分别构建COMFA与COMSIA模型，并调整参数，获得最佳预测模型

基于碎片药物设计

1. 基于碎片药物设计

1.1基于碎片的药物设计与发现

1.2 基于碎片化合物库构建

1.2.1 骨架替换

1.2.2 碎片连接

1.2.3 碎片生长

1.3 基于药效团的化合物库生成

1.4 基于蛋白结合口袋的化合物库生成

1.5 基于分子描述符的化合物库生成

1.6 基于BREED规则的化合物库构建

1.7 基于碎片的化合物库筛选

2. 实例讲解与练习：利用碎片替换、碎片链接、碎片生长以及BREED对晶体复合物中的小配体进行碎片化合物的生成，并对结果进行分析

分子动力学模拟

1. 分子动力学模拟简介

1.1 分子动力学基本原理

1.2 分子动力学模拟在药物设计中的作用

答疑

针对后两天学习问题的答疑

进阶：薛定谔专题
蛋白-配体相互作用

1. 分子对接基础、原理及对接软件介绍

2. 分子对接软件（薛定谔) 使用

2.1半柔性对接

2.1.1 小分子配体优化准备

2.1.2 蛋白受体优化及坐标文件准备

2.1.3 蛋白受体格点计算

2.1.4 半柔性对接计算

2.2 对接结果评价

2.2.1 晶体结构构象比较

2.2.2 打分角度评价对接结果

2.2.3 构象角度评价对接结果

2.2.4 最优结合构象选择

2.2.5 已知活性化合物对接结果比较

实例讲解与练习：Bcr/Abl靶点抑制剂的分子对接

柔性对接及基于结构的虚拟筛选

2.3 诱导契合柔性对接

2.3.1 小分子配体优化准备

2.3.2 蛋白受体优化及坐标文件准备

2.3.3 蛋白受体格点计算

2.3.4 柔性对接计算

2.3.5 柔性对接结果评价

2.3.6 半柔性对接与柔性对接比较与选择

1. 基于结构的虚拟筛选（薛定谔）

3.1 虚拟筛选定义、流程构建及演示

3.2 靶点蛋白选择

3.3 化合物库获取

3.4 虚拟筛选

3.5 结果分析（打分值、能量项分解及相互作用）

2. 共价对接（薛定谔）

4.1 蛋白结构准备

4.2 小分子结构准备

4.3 共价对接

4.4 共价对接结果分析

实例讲解与练习：1）Bcr/Abl靶点抑制剂的虚拟筛选

2）EGFR靶点抑制剂共价对接

基于药效团虚拟筛选

1. 药效团构建虚拟筛选（薛定谔）及结果分析

5.1 配体和受体结构准备及优化

5.2 基于多配体共同特征构建药效团

5.3 基于蛋白-配体复合物构建药效团

5.4 药效团的特征修饰

5.5 药效团的富集分析

5.6 基于药效团的虚拟筛选

5.7 基于药效团虚拟筛选结果分析

实例讲解与练习：

基于药效团的Bcr/Abl抑制剂虚拟筛

构效关系模型预测分子活性

1. 构效关系模型（3D-QSAR）构建及化合物活性分析

6.1 构效关系基本理论介绍

6.2 分子数据集准备

6.3 3D-QSAR模型构建

6.4 3D-QSAR模型结果分析

6.5 3D-QSAR模型预测新化合物活性

实例讲解与练习：

Bcr/Abl抑制剂3D-QSAR构建及分子活性预测

“AMBER分子动力学模拟技术与应用”
第一天

9:00~9:50

一. 分子动力学入门理/论

教学目标：了解本方向内容、理论基础、研究意义。

1 分子力学简介

1.1 分子力学的基本假设

1.2 分子力学的主要形式

2 分子力场

2.1 分子力场的简介

2.2 分子力场的原理

分子力场的分类及应用

10:00~10:50 11:00~12:00

二. LINUX入门

教学目标：掌握数值计算平台，熟悉计算机语言，能够使用vim编辑器简单编辑文件。

3 LINUX 简介

3.1 用户属组及权限

3.2 目录文件属性

3.3 LINUX基础命令

3.4 LINUX环境变量

Shell常用命令练习

14:00~14:50

三. AMBER简介及安装

教学目标：了解Amber软件历史发展，熟悉安装环境，支撑环境编译。

4 AMBER简介和安装

4.1 GCC简介及安装

4.2 Open MPI简介及安装

4.3 AMBER安装运行

16:00~17:00

四. 研究对象模型获取

教学目标：如何确立研究对象，熟悉蛋白数据库的使用，如何对研究对象建模。

5 模型文件的预处理

5.1 模型来源简介

5.2 蛋白文件简介

第二天

9:00~9:50 10:00~10:50

五. 研究对象模型构建

教学目标：熟悉模型预处理流程,掌握输入文件的编写，能够独立完成体系动力学之前的准备工作。

6 模型文件的预处理

6.1 蛋白预处理

6.2 小分子预处理

6.3 AMBER力场简介

6.4 拓扑文件、坐标文件简介

6.5 top、crd文件的生成

6.6 tleap模块的使用

案例实践：

HIV-1复合物的预处理

11:00~12:00

六. 分子动力学模拟

教学目标：分子动力学流程，AMBER软件动力学原则

7 能量优化、分子动力学模拟

7.1 能量优化意义以及方法

7.2 模拟温度调节意义及方法

7.3 溶剂模型分类及选择

7.4 动力学模拟输入文件的编写

7.5 运行分子动力学模拟

7.6 输出内容解读

案例实践：

HIV-1复合体系能量优化、分子动力学模拟

14:00~14:50 15:00~15:50 16:00~17:00

七. 结合自由能计算

教学目标：熟悉结合自由能计算的意义、MMPBSA方法以及流程。

8 焓变计算

8.1 实验数据分析及检索

8.2 MM/PBSA结合自由能计算原理

8.3 GB模型讲解及分类

8.4 焓变输入文件的编写

8.5 焓变结果解读

9 熵变计算

9.1 Nmode计算熵变原理

9.2 熵变输入文件的编写

9.3 焓变结果解读

9.4 实验值与理论值对照分析

案例实践：

HIV-1与抑制剂之间结合自由能计算

第三天

9:00~9:50

八. 可视化软件

教学目标：熟悉可视化软件获取渠道、软件安装以及基本使用，采用可视化软件辅助科研工作。

10 3D可视化分析

10.1 VMD安装和使用

10.2 Discovery Studio 安装和使用

10.3Pymol 安装和使用

10:00~10:50 11:00~12:00

九. 基于分子动力学的轨迹特征获取

教学目标：从动力学模拟出的构象出发，洞悉构象转变，解释实验想象，预测实验结果

11 构象分析

11.1 RMSD分析

11.2 B-Factory 分析

11.3 RMSF分析

11.4 RG分析

11.5 二级结构分析

11.6 VMD动画展示

11.7距离角度测量

14:00~14:50

十. 基于能量的相互作用机理分析

教学目标：从能量角度出发，分析分子间、残基间、重要基团间相互作用机理，对实验提供理论指导

12 能量分析

12.1 残基分解（相互作用分析）

12.2 丙氨酸扫描（寻找热点残基）

12.3 氢键网络（其它相互作用）

15:00~15:50 16:00~17:00

十一. 经典工作复现

教学目标：引导初学者了解本方向中经典工作，复现工作中重要分析手段，加深同学对本方向的理解。

13 经典文献工作复现(请同学在课前自行下载仔细阅读)

13.1 Jianzhong Chen, Xingyu Wang, Laixue Pang, John Z H Zhang, Tong Zhu. Nucleic Acids Res., 47(13): 26 Pages 6618–6631.

DOI: 10.1093/nar/gkz499

(1) MM/GBSA结合自由能计算

(2) 相关性分析

(3) 相互作用能的提取与讨论

(4) 氢键网络分析

(5) RMSF分析热点残基和活跃结构区域

（6）DCCP解析体系内部动力学特征

13.2 Fu, Tt., Tu, G., Ping, M. et al. Subtype-selective mechanisms of negative allosteric modulators binding to group I metabotropic glutamate receptors. Acta Pharmacol Sin (2020).

DOI: 10.1038/s41401-020-00541-z

(1) 分子对接技术

(2) MD模拟运动学

(3) NAMs与mGlu1和mGlu5结合的初始结合构象

(4) mGlu1-NAM配合物的相互作用及结合自由能分析

(5) NAM绑定mGlu1中的“热点”和“热点”残基分析

(6) mGlu5-NAM配合物的相互作用及结合自由能分析

(7) NAM–mGlu5共同识别机制分析

(8) 分子动力学模拟真实性检测

(9) mGlu1和mGlu5对NAMs的选择机制

(10) mGlu1和mGlu5中非保守残基的不同性质决定了NAMs的结合模式

(11) mGlu1和mGlu5中保守残基稳定NAMs结合模式的不同作用

（12）双靶标抑制剂的结合机制

代谢组学数据分析及网络药理学研究技术与实践课程
代谢组学研究技术与实践

1、代谢组学简介及样本的采集与制备关键问题探讨

代谢组学概述、操作流程、样本采集、储存及制备问题

2、代谢组学数据采集与预处理，决定数据统计结果的准确性

2.1 常用技术平台介绍（NMR和LC-MS）

2.2 常用软件和数据库介绍（代谢物鉴定、数据预处理与分析）

2.3 数据预处理（归一化、标准化、数据转化、缺失值评估）

3、基于SIMCA-P软件的代谢组学数据多元统计分析与实操

3.1 样本分类（无监督和监督模式）

3.2 差异变量筛选（S-plot、S+V-plot、VIP、biplot等）

3.3 常见图形结果解读

网络药理学研究技术与实践

4、网络药理学研究思路和流程

5、网络药理学数据分析与实操

5.1 化学成分的获取与筛选

5.2 中药化学成分靶点获取

5.3 疾病靶点富集数据库

5.4 化合物与疾病靶点映射（韦恩图）

5.5 PPI网络分析（PPI网站的构建、PPI核心网络的筛选）

5.6 富集分析（DAVID数据库、Metascape 数据库）

5.7 网络图构建—Cytoscape（数据导入、节点关系的建立、节点属性计算、调整网络样式、筛选及过滤、网络图导出）

代谢组学与网络药理学结合研究技术与实践

6、代谢组学与网络药理学结合研究思路

7、代谢组学与网络药理学结合分析技术

7.1 代谢组学与网络药理学数据的获取

7.2 代谢组学功能分析（富集分析、通路分析等）

7.3 小分子网络关联分析（Metscape软件、KEGG数据库等）

7.4 代谢组学与网络药理学功能层次关联分析

核心技术实战

8、实例操作

8.1 TCMSP数据库获取与筛选化学成分

8.2 Swiss Target Prediction数据库预测成分靶点

8.3 DisGeNET数据库获取疾病靶点

8.4 化合物与疾病靶点映射

8.5 PPI网络绘制

8.6 DAVID软件进行富集分析

8.7 Cytoscape工具绘制成分-靶点图

8.8 Metscape绘制代谢-酶网络关联图

文献解析实例

、代谢组学与网络药理学结合的文章分析流程和套路

9.1 中药化学成分靶点与代谢小分子网络分析实例（Food Res Int. 2020, 136:109503）

目标：采用Metscape软件对代谢组学发现的差异代谢物和中药成分的药物靶点关联，聚焦关键蛋白。

9.2代谢组学与网络药理学功能层次关联分析实例（J Ethnopharmacol. 2021，264:113281. ）

目标：采用功能富集工具分别对网络药理学和代谢组学数据进行关联，聚焦关键通路。

9.3代谢组学和网络药理关联分析实例（Comput Struct Biotechnol J. 2021, 19:1002-1013）

目标：整合代谢组学和网络药理学揭示羟基红花黄色素A抗急性脑外伤的作用机制损伤。