With an increasing interest in RNA therapeutics and for targeting RNA to treat disease, there is a need for the tools used in protein-based drug design, particularly DOCKing algorithms, to be extended or adapted for nucleic acids. Here, we have compiled a test set of RNA-ligand complexes to validate the ability of the DOCK suite of programs to successfully recreate experimentally determined binding poses. With the optimized parameters and a minimal scoring function, 70% of the test set with less than seven rotatable ligand bonds and 26% of the test set with less than 13 rotatable bonds can be successfully recreated within 2 A heavy-atom RMSD. When DOCKed conformations are rescored with the implicit solvent models AMBER generalized Born with solvent-accessible surface area (GB/SA) and Poisson-Boltzmann with solvent-accessible surface area (PB/SA) in combination with explicit water molecules and sodium counterions, the success rate increases to 80% with PB/SA for less than seven rotatable bonds and 58% with AMBER GB/SA and 47% with PB/SA for less than 13 rotatable bonds. These results indicate that DOCK can indeed be useful for structure-based drug design aimed at RNA. Our studies also suggest that RNA-directed ligands often differ from typical protein-ligand complexes in their electrostatic properties, but these differences can be accommodated through the choice of potential function. In addition, in the course of the study, we explore a variety of newly added DOCK functions, demonstrating the ease with which new functions can be added to address new scientific questions.

This manuscript presents the latest algorithmic and methodological developments to the structure‐based design program DOCK 6.7 focused on an updated internal energy function, new anchor selection control, enhanced minimization options, a footprint similarity scoring function, a symmetry‐corrected root‐mean‐square deviation algorithm, a database filter, and docking forensic tools. An important strategy during development involved use of three orthogonal metrics for assessment and validation: pose reproduction over a large database of 1043 protein‐ligand complexes (SB2012 test set), cross‐docking to 24 drug‐target protein families, and database enrichment using large active and decoy datasets (Directory of Useful Decoys [DUD]‐E test set) for five important proteins including HIV protease and IGF‐1R. Relative to earlier versions, a key outcome of the work is a significant increase in pose reproduction success in going from DOCK 4.0.2 (51.4%) → 5.4 (65.2%) → 6.7 (73.3%) as a result of significant decreases in failure arising from both sampling 24.1% → 13.6% → 9.1% and scoring 24.4% → 21.1% → 17.5%. Companion cross‐docking and enrichment studies with the new version highlight other strengths and remaining areas for improvement, especially for systems containing metal ions. The source code for DOCK 6.7 is available for download and free for academic users at http://dock.compbio.ucsf.edu/ . © 2015 Wiley Periodicals, Inc.

Modern protein crystal structures are based nearly exclusively on X-ray data collected at cryogenic temperatures (generally 100 K). The cooling process is thought to introduce little bias in the functional interpretation of structural results, because cryogenic temperatures minimally perturb the overall protein backbone fold. In contrast, here we show that flash cooling biases previously hidden structural ensembles in protein crystals. By analyzing available data for 30 different proteins using new computational tools for electron-density sampling, model refinement, and molecular packing analysis, we found that crystal cryocooling remodels the conformational distributions of more than 35% of side chains and eliminates packing defects necessary for functional motions. In the signaling switch protein, H-Ras, an allosteric network consistent with fluctuations detected in solution by NMR was uncovered in the room-temperature, but not the cryogenic, electron-density maps. These results expose a bias in structural databases toward smaller, overpacked, and unrealistically unique models. Monitoring room-temperature conformational ensembles by X-ray crystallography can reveal motions crucial for catalysis, ligand binding, and allosteric regulation.