片段篩選的方法學前沿涵蓋超高通量結晶學、片段庫設計和密碼子結構生物學。
XChem 和 PanDDA
Diamond Light Source 的 XChem 平台以自動化 soaking(~500 個片段/plate)、自動化數據收集(unattended beamline I04-1)和 PanDDA(Pan-Dataset Density Analysis, Pearce et al., 2017)分析揭示弱結合片段的電子密度。PanDDA 以多數據集的平均作為背景模型,偵測佔有率(occupancy)低至 ~30% 的片段結合。這使許多傳統差異密度圖中不可見的弱結合片段能被發現。Fragalysis 平台提供線上可視化和共享。
片段庫設計的原則
最佳片段庫需要:(1) 化學多樣性(scaffold diversity);(2) 3D shape diversity(逃離「flatland」——過度平面的芳香族片段);(3) 合成可追蹤性(elaboration vectors 供 growing/linking);(4) 溶解性(>0.5 mM in DMSO/buffer)。Poised library(Cox et al., 2016)包含可立即進行一步化學反應延伸的片段。sp3-rich 片段庫(3D fragments, Lovering et al., 2009)增加形狀多樣性。
ASAP(Accelerated SBDD 平台)
Moon-shot 式的整合平台結合:cryo-EM + fragment screening + FEP + generative chemistry + DNA-encoded library(DEL)篩選→將 hit-to-lead 的時間從年壓縮到月。COVID Moonshot 計畫(Achdout et al., 2020)以群眾外包 + 開放科學模式,從片段篩選到候選藥物僅用數月——結構資訊的即時公開是此計畫的核心。
動態結合口袋的片段篩選
許多靶標的結合口袋只在特定構象下存在(cryptic sites)。MD-based ensemble 結合 fragment docking 可以探索靜態結構看不到的口袋。實驗上,cross-seeding crystals 在不同配體條件下可穩定不同構象。time-resolved crystallography(serial crystallography at XFEL)甚至可以捕捉片段結合的動態過程。
文獻參考:Congreve, M. et al. (2003). Drug Discov. Today, 8, 876-877. / Pearce, N.M. et al. (2017). Nat. Commun., 8, 15123. / Erlanson, D.A. et al. (2016). Nat. Rev. Drug Discov., 15, 605-619.
