Development of a program for complex-ligand system setup in molecular dynamics simulations with binding pose metadynamics integration

Abstract

En aquest estudi presentem un nou paquet de Python que automatitza la preparació de sistemes proteïna-ligand per a simulacions de Dinàmica Molecular (DM), assegurant la reproducibilitat dels resultats en minimitzar la necessitat d'intervenció manual. El nostre paquet integra biblioteques de DM de codi obert populars i ofereix tutorials fàcils d'utilitzar que garanteixen l'accessibilitat per a investigadors amb diferents nivells d'experiència. A més, el programa incorpora Binding Pose Metadynamics (BPMD), una tècnica que permet la identificació de posicions estables del ligand. Demostrem l'efectivitat del programa mitjançant simulacions de metadinàmica, mostrant la seva precisió en la preparació de sistemes de DM i en l'exploració de diferents posicions d'unió proteïna-ligand. La nostra eina presenta un flux de treball detallat, proporcionant un enfocament senzill per preparar complexos proteïna-ligand a partir d'estructures PDB no curades.En este estudio presentamos un nuevo paquete de Python que automatiza la preparación de sistemas proteína-ligando para simulaciones de Dinámica Molecular (DM), asegurando la reproducibilidad de los resultados al minimizar la necesidad de intervención manual. Nuestro paquete integra bibliotecas de DM de código abierto populares, y cuenta con tutoriales fáciles de usar que garantizan la accesibilidad para investigadores con diferentes niveles de experiencia. Además, el programa incorpora Binding Pose Metadynamics (BPMD), una técnica que permite la identificación de posiciones estables del ligando. Demostramos la efectividad del programa mediante simulaciones de metadinámica, demostrando su precisión en la preparación de sistemas de DM y la exploración de diferentes posiciones de unión proteína-ligando. Nuestra herramienta presenta un flujo de trabajo detallado, proporcionando un enfoque sencillo para preparar complejos proteína-ligando a partir de estructuras PDB no curadas.In this study we introduce a new Python package that automates the preparation of proteinligand systems for Molecular Dynamics (MD) simulations, ensuring reproducibility of results by minimizing the need of manual intervention. Our package integrates popular open-source MD libraries, featuring user-friendly tutorials that ensure accessibility for researchers with varying levels of expertise. Additionally, the program incorporates Binding Pose Metadynamics (BPMD), a technique that enables the identification of stable ligand poses. We demonstrate the program's effectiveness through benchmark metadynamics simulations, demonstrating its accuracy in MD system preparation and exploration of different proteinligand binding poses. Our tool features a detailed workflow, providing a straightforward approach to prepare protein-ligand complexes from non-curated PDB structures.