CYP3A4酵素のリガンドの代謝（SOM）予測の構造ベースの部位：グライドXPと誘導フィットドッキングの比較（IFD）

代謝は、ほとんどの薬物が臨床試験を達成できない主な理由の1つです。シトクロムP450酵素（CYP）のスーパーファミリーに属する酵素CYP3A4は、体内の多数の薬物の代謝を助けます。酵素CYP3A4は、酸化化学プロセスを触媒し、非常に広範囲のリガンド特異性を示しています。酸化が起こる化合物の構造を理解することは、不要な代謝を避け、その生物学的利用能を高めるために分子の修正を成功させるために重要です。このため、化合物が酵素的酸化を受ける化合物の代謝部位（SOM）を知る必要があります。CYPタンパク質中のヘムの酸素化Fe原子に対する基質の原子のアクセシビリティを予測することで識別できます。CYP3A4酵素は非常に柔軟性があり、リガンドが結合しているリガンドに応じて、著しく異なる立体構造をとることができます。ヘム鉄への基質原子のアクセシビリティを予測するために、CYP3A4タンパク質の柔軟性が高いため、従来のタンパク質硬化ドッキング方法が失敗しました。ここでは、SchrodingerソフトウェアスイートのGlide Extry Precision（XP）と誘導FITドッキング（IFD）ツールの能力を実証および比較して、共結晶化リガンドの結合モードを6つのX線結晶構造に再現しました。実験的なSOMが報告されている化合物のSOMの予測に向けて研究を拡張しますが、リガンド酵素複合体結晶構造はProtein Data Bank（PDB）で利用できません。グライドXPとIFDの品質と精度は、対応する共結晶化結合リガンド上のドッキングリガンドのRMSDを計算し、ヘムのリガンドとFe原子の間の距離を測定することにより決定されました。IFDは、利用可能な共結晶構造の正確な結合モードを再現し、実験的に報告された化合物のSOMを正しく予測することが観察されました。CYP3A4の複数のコンフォーマー構造を使用したIFDを使用したアプローチは、SOM予測の効果的な方法の1つです。

Metabolism is one of the prime reasons where most of drugs fail to accomplish their clinical trials. The enzyme CYP3A4, which belongs to the superfamily of cytochrome P450 enzymes (CYP), helps in the metabolism of a large number of drugs in the body. The enzyme CYP3A4 catalyzes oxidative chemical processes and shows a very broad range of ligand specificity. The understanding of the compound's structure where oxidation would take place is crucial for the successful modification of molecules to avoid unwanted metabolism and to increase its bioavailability. For this reason, it is required to know the site of metabolism (SOM) of the compounds, where compounds undergo enzymatic oxidation. It can be identified by predicting the accessibility of the substrate's atom toward oxygenated Fe atom of heme in a CYP protein. The CYP3A4 enzyme is highly flexible and can take significantly different conformations depending on the ligand with which it is being bound. To predict the accessibility of substrate atoms to the heme iron, conventional protein-rigid docking methods failed due to the high flexibility of the CYP3A4 protein. Herein, we demonstrated and compared the ability of the Glide extra precision (XP) and Induced Fit docking (IFD) tool of Schrodinger software suite to reproduce the binding mode of co-crystallized ligands into six X-ray crystallographic structures. We extend our studies toward the prediction of SOM for compounds whose experimental SOM is reported but the ligand-enzyme complex crystal structure is not available in the Protein Data Bank (PDB). The quality and accuracy of Glide XP and IFD was determined by calculating RMSD of docked ligands over the corresponding co-crystallized bound ligand and by measuring the distance between the SOM of the ligand and Fe atom of heme. It was observed that IFD reproduces the exact binding mode of available co-crystallized structures and correctly predicted the SOM of experimentally reported compounds. Our approach using IFD with multiple conformer structures of CYP3A4 will be one of the effective methods for SOM prediction.