Protein-Ligand Interaction Profiler (PLIP)を用いたタンパク質-低分子相互作用解析【in silico創薬】

Protein-Ligand Interaction Profiler (PLIP) は、タンパク質-リガンド相互作用を詳細に解析するツールです。本記事では、PLIPのチュートリアルにあるカテプシンとその阻害剤(PDB ID:1VSN)を例にとり、そのリガンドとの相互作用解析を行います。さらに、よくあるエラーの対処法も記載しています。ぜひご覧ください！

動作検証済み環境

Mac M1, Sequoia 15.3, メモリ 16GB

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1. PLIPとは？

PLIPは、PDBフォーマットのタンパク質-リガンド複合体から相互作用を自動検出するツールです。以下のような相互作用を解析できます。

水素結合 (Hydrogen Bonding)
疎水性相互作用 (Hydrophobic Interactions)
塩橋 (Salt Bridges)
π-スタッキング (π-Stacking)
金属配位結合 (Metal Coordination)
ハロゲン結合 (Halogen Bonds)

PLIPは Pythonベース で動作し、コマンドラインまたはWebインターフェースで利用可能です。ブラウザで簡単にやりたい方はこちら。

以下のような論文に実際に使われているツールですので、本記事で出てきた図をそのまま掲載することも可能です。

Identification of Novel Ribonucleotide Reductase Inhibitors for Therapeutic Application in Bile Tract Cancer: An Advanced Pharmacoinformatics Study

2. PLIPの環境構築

2.0. 環境構築の手順（全コード）

#仮想環境の構築
conda create -n in_silico python=3.9
conda activate in_silico

#openbabelのインストール
conda install -c conda-forge openbabel
obabel -V

#Pymolのインストール
conda install -c conda-forge pymol-open-source
pymol -h

#PLIPのインストール
git clone <https://github.com/pharmai/plip.git>
cd plip
pip install .

仮想環境を作成し、各ツールをインストールしていきます。

詳細なコード解説は以下の通りです。

2.1. 仮想環境 `in_silico` の作成

conda create -n in_silico python=3.9

conda create -n in_silico python=3.9 は、新しい仮想環境 in_silico を作成し、Python 3.9 をインストールします。
n in_silico は環境名を指定し、python=3.9 は特定のPythonバージョンを選択するオプションです。

conda activate in_silico

conda activate in_silico は、作成した in_silico 環境を有効化し、その環境内で作業できるようにします。

2.2. Open Babelのインストール

conda install -c conda-forge openbabel
obabel -V

conda install はパッケージをインストールするコマンド。
c conda-forge は、conda-forge というチャンネル（パッケージリポジトリ）からパッケージを取得する指定。
openbabel は分子変換ツール Open Babel のインストール。

2.3. Pymolのインストール

conda install -c conda-forge pymol-open-source
pymol -h

2.4. PLIPのインストール

git clone <https://github.com/pharmai/plip.git>

git clone は、GitHubからPLIPのリポジトリをローカルにコピーするコマンド。

cd plip

cd plip は、ダウンロードしたPLIPのディレクトリへ移動するコマンド。

pip install .

pip install . は、現在のディレクトリ (.) にある setup.py を使ってPLIPをインストール。

plip --help

plip --help は、PLIPのヘルプメッセージを表示し、正しくインストールされたか確認するコマンド。

3. Cathepsin Kと阻害剤の相互作用解析

3.0 全コード

#pdbファイルのダウンロード
wget <https://files.rcsb.org/download/1VSN.pdb>

#PLIPの実行
plip -f 1vsn.pdb -yv

#可視化
pymol 1VSN_NFT_A_283.pse

3.1 PDBファイルのダウンロード

wget <https://files.rcsb.org/download/1VSN.pdb>

wget は、指定したURLからファイルをダウンロードするコマンド。

3.2 PLIPによる相互作用解析

plip -f 1vsn.pdb -yv

f 1vsn.pdb は、解析対象のPDBファイルを指定。
y は、追加の PyMOL セッションファイルを生成します。これにより、PLIP の解析結果を PyMOL で視覚的に確認・再現できるファイルが作成され、分子構造や相互作用の詳細な可視化が可能になります。
v は詳細（verbose）モードを有効にします。実行中により多くのログや解析の進行状況、内部処理の情報が出力され、デバッグや解析の状況把握に役立ちます

3.3 結果の確認

pymol 1VSN_NFT_A_283.pse

上記のコードでpymolで解析結果を表示します。

bg_color black で背景を黒にもしてください。各結合がいい感じで見れます。

各色の意味は以下の通りです。

相互作用の種類	説明	PyMOLの色	表現方法
疎水性相互作用 (Hydrophobic Interaction)	疎水性部位同士のファンデルワールス力	grey50 (グレー)	点線 (dashed)
水素結合 (Hydrogen Bond)	極性基同士の相互作用	blue (青)	実線 (solid line)
水架橋 (Water Bridges)	水分子を介した結合	lightblue (ライトブルー)	実線 (solid line)
π-π スタッキング (平行型) (pi-Stacking parallel)	平行な芳香環の相互作用	green (緑)	点線 (dashed line)
π-π スタッキング (垂直型) (pi-Stacking perpendicular)	垂直な芳香環の相互作用	smudge (スモッジ)	点線 (dashed line)
カチオン-π 相互作用 (pi-Cation Interaction)	芳香環と陽イオンの静電相互作用	orange (オレンジ)	点線 (dashed line)
ハロゲン結合 (Halogen Bond)	ハロゲン原子を介した相互作用	greencyan (グリーンシアン)	実線 (solid line)
塩橋 (Salt Bridge)	正負の電荷を持つ官能基間の静電結合	yellow (黄色)	点線 (dashed line)
金属錯体 (Metal Complex)	金属イオンとリガンドの配位結合	violetpurple (バイオレットパープル)	点線 (dashed line)