Computerbasierte Methoden zur automatischen Layoutberechnung von zweidimensionalen Darstellungen molekularer Strukturen

Abstract

Die zweidimensionale Visualisierung von Protein-Ligand-Komplexen ermöglicht eine schnelle Übersicht über die Beschaffenheit des Wechselwirkungsmusters zwischen den interagierenden Molekülen. Während die computerbasierte Berechnung von Strukturdiagrammen kleiner Moleküle zu einem der ältesten Verfahren in der Chemieinformatik gehört und viele unterschiedliche Ansätze zur Verfügung stehen, gibt es nur wenige Lösungen für die automatische Generierung zweidimensionaler Darstellungen von Protein-Ligand-Komplexen. In der vorliegenden Arbeit wird mit PoseView ein solches Verfahren vorgestellt. Es sind sowohl Algorithmen zur Darstellung einzelner Komplexe als auch zur Darstellung multipler Komplexe, die Serien von unterschiedlichen Liganden gebunden an das gleiche Protein darstellen, entwickelt worden. Die Qualität der resultierenden Diagramme ist vergleichbar mit handgezeichneten Darstellungen in Sachbüchern und wissenschaftlichen Veröffentlichungen; groß angelegte quantitative Studien haben die Robustheit der implementierten Methoden nachgewiesen.

The two-dimensional visualization of protein-ligand complexes provides a quick insight in the nature of the interaction pattern between the molecules. While the structure diagram computation of small molecules is one of the oldest problems in chemoinformatics and was solved in numerous different software tools, only very few approaches exist for the automatic generation of two-dimensional protein-ligand diagrams. Herein, PoseView, as one of these approaches, is presented. Within the software PoseView, algorithms for the visualization of single complexes as well as algorithms for the visualization of multiple complexes (series of ligands bound to the same protein) were developed. The quality of the resultant diagrams is comparable to hand-drawn examples from textbooks and scientific publications; large-scaled quantitative studies have proven the robustness of the implemented methods.