ligand affinity measurements for community structure ... · explore how the goal of community...

Ligand Affinity Measurements for the Community Structure Activity Resource 

Center(CSAR)

www.CSARDock.org

Jim Delproposto

Drug Docking and Screening Data ResourceRFA‐GM‐08‐008

• Funded by the NIH• Solicit structures and affinity data for target complexes from the industrial 

and academic communities • Curate data and refine as needed• Enhance collection by creation of new data 

• Standardized assay conditions• Specifically designed to test aspects of docking and scoring algorithms

• Make data publically available

“The goal is to increase the amount of high quality data publicly available for development, validation, and benchmarking of liganddocking and screening software.”

•High quality structures both apo and with small molecules bound

•Affinity data that can be directly related to the structure

•Physicochemical properties of the small molecules

•Thermodynamic properties of ligand binding

•Standardized conditions

What data is useful for structure based drug design? 

Incomplete and fragmented data

Lack of confidence • no redundancy in data sets

Attention to detail• structures data may not completely match affinity data• low quality mixed with high quality data• No standardized conditions

Lack of specific data –•data that addresses problem areas of SBDD

What’s wrong with the current data?

• Better data – confidence in the data

• More data – complete data and new data

• Standardized data– identical conditions

• Specific data – data that addresses problem areas of SBDD

It’s All About the Data

We don’t make the docking and scoring products. We provide the data to make them better.

Generating New Experimental Data

3 methods are used to collect affinity data

Crystal structures

Physicochemical properties of ligands 

Small Volume ITC

∆H

KD

Thermofluor®

Protein vs Protein‐Ligand complex

Thermofluor from Johnson & Johnson

4 replicates 

Octet RED

Octet RED Data

Time0 50 100 150 200

0.90

0.95

1.00

1.05

1.10

1.153.91E-087.81E-081.56E-073.13E-076.25E-071.25E-062.5E-06

CSAR Projects

Complete• CDK2 and CDK2 with Cyclin A• LpxC• Hsp90

In progress• Chk1• Urokinase

CDK2‐CyclinA

PDB:1FIN

Melting of CDK2‐CyclinA complex on the Thermofluor

Reference

CS247 CS245

Affinity of 2.1nMAffinity of 1.07µM

CDK2 Cyclin A Crosslinking

Compound CS248 AffinitiesCDK2 vs. CDK2 CyclinA Complex 

KD= 5.07E-07KD= 3.68E-07

Compound CS11 AffinitiesCDK2 vs. CDK2 CyclinA Complex 

KD= 1.71E-08KD= 9.21E-08

Data confirming this ~6 fold increase using ITC

CDK2 vs CDK2 with CyclinA

LpxC

Real world LpxC data

Data Transforms

Slope Subtraction

100 200 300 400 500-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Slope Subtracted

3-7run3100 200 300 400 500-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Not Slope Subtracted

3-7run3

100 200 300 400 500-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Not Slope Subtracted

3-7run3100 200 300 400 500

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Slope Subtracted

3-7run3

Kd from curvefit Kd = 1.65E-07Steady State Dissociation  Kd = 1.53E-07Steady State Association  Kd = 1.74E-07

Current Curve fitting

Real binding

No detectable disassociation 

Association phase Disassociation phase

Competitive binding for slow disassociation compounds

Competitive binding experiment  20uM of reference compound vs increasing concentrations of tight binding compound.

Disassociation signal is only from the reference compound.  

0%

100%

What is the affinity of a compound?

What is the affinity of a compound?

WWW.CSARDOCK.ORG• CSAR data set release 2012: ligands, affinities, complexes, and docking decoys.

Dunbar JB Jr, Smith RD, Damm‐Ganamet KL, Ahmed A, Esposito EX, Delproposto J, Chinnaswamy K, Kang YN, Kubish G, Gestwicki JE, Stuckey JA, Carlson HA.J Chem Inf Model. 2013 Aug 26;53(8):1842‐52. doi: 10.1021/ci4000486. Epub 2013 May 10.

CSAR (Community Structure‐Activity Resource)

• Who are we :• Principal Investigators

• Heather A. Carlson• Jeanne A. Stuckey

•Researchers• Aqeel Ahmed• William Clay Brown• Krishnapriya Chinnaswamy• Kelly Damm‐Ganamet• James Delproposto• James B. Dunbar Jr.• Richard D. Smith

•Who are we  (cont):• Consultants

• Charles Brooks III• Bruce Palfey• Janet Smith

•Web Programming• Shelly Yang

• System Administration• Allen Bailey

• Advisory Board• Michael Gilson• Steven Muchmore• Paul Labute• Anthony Nicholls• Tudor Oprea• Catherine Peishoff• Deborah Loughney• Peter Preusch• Janna Wehrle