Docking-Score-Interpretation: Was -10 kcal/mol bedeutet

Jemand reicht Ihnen ein Docking-Ergebnis: -10.35 kcal/mol, beschriftet als „sehr starke Bindung". Die Zahl trägt Energieeinheiten, sieht also wie eine freie Bindungsenergie aus. Das ist sie nicht. Behandeln Sie sie als eine, versprechen Sie Ihrem Projektteam zu viel für eine Verbindung und liegen bei Kd um Größenordnungen daneben.

Das hier ist, was diese Zahl tatsächlich ist, was sie leisten kann und wo sie versagt.

Das Praxisbeispiel: Sotorasib in KRAS G12C

Wir haben Sotorasib (AMG 510) gegen KRAS G12C über covadock_dock auf GPU laufen lassen. Der Rezeptor war die hinterlegte Kristallstruktur, PDB 6OIM. Die Ligandenstruktur stammte aus covabasic_pubchem (CID 137278711, C30H30F2N6O3, MW 560.6) und wurde mit covabasic_validate geprüft (InChIKey NXQKSXLFSAEQCZ-SFHVURJKSA-N).

Wortgetreue Ausgaben:

Das ist ein gutes Ergebnis. Sotorasib ist ein real zugelassenes KRAS-G12C-Medikament, und die Pose landet in der Switch-II-Tasche, für die diese Wirkstoffklasse konzipiert ist. Die Kontakte sind chemisch die richtigen. Das ist damit nah am Best Case für Docking: bekanntes Medikament, hochwertiger Co-Kristall-Rezeptor, gut definierte Tasche.

Und selbst in diesem Best Case ist die Zahl keine freie Bindungsenergie.

Woher das „kcal/mol" kommt

Die Standard-Engine hinter covadock_dock ist AutoDock Vina (Standard exhaustiveness=16, 10 Posen pro Engine, PoseBusters-Validitätscheck auf den Top-Posen). Vinas Scoring-Funktion ist eine empirische Summe gewichteter Terme – sterisch, hydrophob, Wasserstoffbrücken, plus eine Strafe für rotierbare Bindungen – mit Gewichten, die gefittet wurden, um gemessene Affinitäten über einen Trainingssatz zu reproduzieren.

Daraus folgen direkt zwei Konsequenzen:

1. Die Ausgabe trägt Energieeinheiten, weil das Fit-Ziel Energieeinheiten hatte. Es gibt keine Zustandssumme, kein explizites Lösungsmittel, keine Entropieberechnung. Es ist eine Regressionsausgabe im thermodynamischen Kostüm. 2. Ihre Genauigkeit ist durch den Fit begrenzt, nicht durch die Physik. Außerhalb der Trainingsverteilung verschlechtert sie sich ohne Warnung.

Das Label, das CovaDock ausgibt, ist eine feste Schwellenskala, veröffentlicht im Tool-Docstring, sodass die Grenzwerte einsehbar sind: schwach (> -6), moderat (-6 bis -8), stark (-8 bis -10), sehr stark (< -10). Sotorasib erreicht bei -10.35 die letzte Klasse mit einem Abstand von 0.35 kcal/mol. Diese Marge liegt weit innerhalb der Fehlertoleranz der Methode.

Wie groß ist die Fehlertoleranz? Die Benchmark-Zahlen

Die Standardreferenz ist CASF-2016 (Su et al.), ein Kernsatz aus 285 Protein-Ligand-Komplexen über 57 Targets mit je 5 Liganden. Veröffentlichte AutoDock-Vina-Ergebnisse auf diesem Satz:

• Docking Power (reproduziert die bestplatzierte Pose die Kristallpose innerhalb von 2.0 A RMSD?): 90.2 % Top-1-Erfolg. Steigt auf 94.4 %, wenn strukturelle Wassermoleküle einbezogen werden.
• Scoring Power (Korrelation des Scores mit gemessener Affinität): Pearson R = 0.604, Standardabweichung 1.73 log-Affinitätseinheiten.
• Ranking Power (korrekte Reihenfolge der Liganden innerhalb eines Targets): Spearman rho = 0.528.

Lesen Sie diese drei Zeilen zusammen, denn sie sagen drei unterschiedliche Dinge.

Vina findet die richtige Pose etwa neunmal von zehn bei gutartigen Kristallstrukturen. Das ist der Teil, der funktioniert, und deshalb lohnt sich ein Blick auf die 61 Switch-II-Kontakte im Sotorasib-Lauf.

Vinas Affinitätszahl trägt R = 0.604 bei einer SD von 1.73 log-Einheiten. Bei 298 K entspricht eine log-Einheit Kd RT ln(10) = 1.36 kcal/mol, sodass 1.73 log-Einheiten rund 2.4 kcal/mol Reststreuung ausmachen. Sotorasibs -10.35 liegt damit innerhalb einer Verteilung, die in äquivalenten Werten locker -8 bis -13 überspannt. Ein Unterschied von 0.35 kcal/mol zwischen zwei Verbindungen ist Rauschen. Ein Unterschied von 3 kcal/mol ist ein schwaches Signal.

Spearman 0.528 ist die Zahl, die die meisten am stärksten interessieren sollte, denn das Ranking innerhalb eines Targets ist letztlich das, was eine Trefferliste ausmacht. Grob gesagt: Die Reihenfolge ist besser als Zufall und klar schlechter als verlässlich.

Enrichment versus Affinität: der entscheidende Unterschied

Das sind zwei unterschiedliche Aufgaben, und Docking ist nur bei einer davon wirklich gut.

Praktisch übersetzt:

• Scores nutzen, um eine große Liste zu kürzen. Gut.
• Scores nutzen, um die Top 20 für die Synthese zu ordnen. Schwach; kombinieren Sie das mit Interaktionsmustern, Pose-Plausibilität und chemischem Urteilsvermögen.
• Scores nutzen, um Kd vorherzusagen oder zu behaupten, Verbindung A schlage Verbindung B um 0.5 kcal/mol. Nicht tun.

Das Kovalenz-Problem, illustriert an genau dieser Verbindung

Sotorasib wirkt, indem es eine kovalente Bindung zwischen seinem Acrylamid-Warhead und Cys12 bildet. Diese Bindung ist der gesamte Wirkmechanismus.

Der CovaDock-Lauf bewertete sie nicht-kovalent. Die Scoring-Funktion hat keinen Term für Bindungsbildung. Somit beschreibt -10.35 kcal/mol nur den reversiblen Erkennungsschritt, der den Warhead positioniert – die reale Thermodynamik des Wirkstoffs wird um einen großen, nicht quantifizierten Betrag unterschätzt.

Das wirkt in beide Richtungen und sollte verinnerlicht werden:

• Für eine kovalente Serie ist der Docking-Score ein Proxy für die Warhead-Positionierung, nicht für die Potenz. Prüfen Sie, ob das reaktive Atom in der Pose nahe am Ziel-Cystein sitzt. Das ist der Wert mit Informationsgehalt.
• Eine kovalente Verbindung allein anhand des Docking-Scores mit einer nicht-kovalenten zu vergleichen, ist sinnlos. Sie vergleichen zwei unterschiedliche physikalische Größen.

Was die Interaktionszahl aussagt – und was nicht

61 Interaktionen klingen nach starker Evidenz. Das ist nützlich, aber nicht als Größenangabe.

Interaktionszahlen hängen von den geometrischen Cutoffs ab, die der Analysator verwendet, und skalieren mit der Ligandengröße. Ein 560-Da-Molekül macht mehr Kontakte als ein 300-Da-Fragment, unabhängig davon, ob es besser bindet. Wofür die Liste wirklich gut ist, ist die Identität: Die Kontakte landeten bei Gly24, Ala25, Gly74 und Gln75, also der Switch-II-Region. Das zeigt, dass die Pose am richtigen Ort ist. Ein hoher Score mit Kontakten außerhalb der bekannten Tasche ist ein Warnsignal, das keine Zahl für Sie aufdeckt.

Dieselbe Logik gilt für die Ligandeneffizienz. Sotorasib hat 41 Schweratome (aus der Formel C30H30F2N6O3, geliefert von covabasic_pubchem). LE = 10.35 / 41 = 0.25 kcal/mol pro Schweratom. Respektabel für ein großes Molekül in später Phase, unauffällig für ein Fragment. Der rohe Score allein verbirgt das vollständig.

Ehrliche Grenzen

Was ein CovaDock-Score nicht aussagt:

• Kein Kd, Ki oder IC50. Es gibt keinen Umrechnungsfaktor, der ihn dazu macht.
• Keine kovalente Chemie. Warhead-Reaktivität, k_inact und Verweildauer liegen außerhalb des Modells.
• Rezeptorabhängig. Der Wert von 90.2 % Docking Power stammt aus kuratierten Kristallstrukturen. Docken Sie in ein vorhergesagtes Modell oder eine schlecht aufgelöste Tasche, verschlechtern sich Pose und Score. Unser Lauf nutzte bewusst den Kristall 6OIM.
• Standardmäßig starrer Rezeptor. Induced Fit, kryptische Taschen und große Loop-Umlagerungen werden nicht erfasst.
• Wassermoleküle und Ionen entfallen. CASF zeigt allein durch diese Wahl eine Spanne von 90.2 % bis 94.4 %.
• Keine Selektivität, kein ADMET, keine Developability. Ein -10-Score sagt nichts darüber aus, ob die Verbindung sicher ist oder in vivo überhaupt in Zielnähe kommt. Das ist ein separates Screening (covatox_structural_alerts, covatox_ich_m7).

CovaDock ist Triage. Es grenzt ein, was Sie synthetisieren und testen. Es ersetzt keinen Bindungsassay, und keine Docking-Ausgabe gehört als Affinitätsnachweis in eine behördliche Einreichung.

Häufige Fragen

Weiterführende Artikel

• pLDDT erklärt: wann eine vorhergesagte Struktur gut genug zum Docken ist

Führen Sie Ihr eigenes Target und Ihren Liganden in der kostenlosen Stufe durch covadock_dock, und lesen Sie den Score so, wie es dieser Artikel vorschlägt: zuerst die Pose, dann die Kontakte, zuletzt die Zahl.