CHARMM-GUI Ligand Docker for Molecular Docking with Various Docking Programs
J. Chem. Inf. Model. | 2026 | DOI: 10.1021/acs.jcim.6c00111 | Suh, Im et al. (Lehigh Univ.)
🎯 Vina / Smina / RxDock / DiffDock を統合した Web ドッキング環境。前処理〜PoseBuster〜MDまでをワンストップで自動化し再現性を担保。
① 背景と課題

個別ドッキングツール(AutoDock Vina, Smina, RxDock, DiffDock など)はそれぞれ独自のコマンドライン操作と前処理スクリプトを必要とし、グループ間で前処理パラメータが揺れることでドッキング再現性が低下している。さらに DiffDock のような拡散モデル系ドッキングは古典的ドッキングと前処理仕様が異なり、共通基盤での横並び比較が難しい。

レセプター整合・H付加・protonation・グリッド設定がツールごとに異なる → 同一ターゲットでもポーズが再現しない
DiffDock は物理整合性に欠けたポーズを生成しやすく、別途 sanity check が要る

→ 標準化 Web ワークフローで前処理・実行・後処理・MD連携を一気通貫にする。

② 手法の概要:CHARMM-GUI Ligand Docker パイプライン
Web ワークフロー(5 ステージ) ① Receptor 整合:欠失ループ補完 / H付加 / protonation ② Ligand 生成:SMILES → 3D(OpenBabel / RDKit) ③ Docking:Vina / Smina / RxDock / DiffDock flexible residue 指定 / グリッド共通化 ④ PoseBuster:bond / angle / clash / valence ⑤ CHARMM-GUI HT Simulator → MD inputs 単一インターフェースで再現性ある pose → MD 系構築
③ 本研究で示したこと
  • 4 種ドッキングエンジンを単一 Web GUI から実行可能にした
  • PoseBuster 後処理で DiffDock の非物理的ポーズを大幅に除去
  • キナーゼ / GPCR / 核内受容体での実用性を確認
  • HT Simulator 連携で MD 系構築の手動工数を削減
  • Web 化で前処理パラメータの再現性を担保
(a) 統合された 4 ドッキングエンジン
Engine 種別と特性 Vina 古典スコア関数 高速・実績豊富 classical Smina Vina fork スコア関数差替可 classical RxDock 経験的+知識ベース フラグメント志向 classical DiffDock 拡散モデル SE(3) 同変 AI / generative classical 3 種 + AI 1 種を共通 Web から起動
(b) PoseBuster による物理整合性チェック
物理チェック項目(pose ごとに評価) bond length bond angle steric clash valence stereo flat ring DiffDock 出力(PoseBuster 前) 非物理 物理整合 PoseBuster 後 物理整合 pose のみ残る
(c) 検証ターゲットと用途
主用途備考
キナーゼATP 競合阻害剤flexible loop あり
GPCR膜タンパク+リガンドHT Simulator で膜系MD
核内受容体ステロイド系結合大型疎水ポケット
共通4エンジン横並び同一前処理で再現性確保

代表 3 クラス(キナーゼ・GPCR・核内受容体)で 4 エンジンを評価し、PoseBuster の効果を確認。

(d) HT Simulator への自動連携
Pose → MD 系構築の流れ 合格 pose PoseBuster通過 複合体 受容体+リガンド CHARMM ff + 入力一式 HT Simulator solvate / ions / minimization そのまま MD 実行可能
⑤ テイクホームメッセージ
Web 統合の意義

4 ドッキングエンジン(古典 3 + AI 1)の前処理を共通化し、グループ間でのドッキング再現性を底上げする。

PoseBuster は前提

DiffDock のような生成系ドッキングは物理 sanity check が必須要件であり、後処理が品質保証の中核となる。

適用スケールの限界

Web GUI は数万化合物以上の VS には不向きで、用途は精密ドッキング・少数候補評価に絞られる。

MD への接続性

合格 pose → CHARMM HT Simulator が滑らかに繋がり、ドッキングを MD のスタートポイントとして使える。

応用補足:lib/docking への取り込み
  • DiffDock ランナー追加:UniDockRunner と並列に DiffDockRunner を実装し、共通インターフェース化
  • PoseBuster フィルタ:lib/docking 後段に bond/angle/clash/valence の物理整合性 pass/fail を挿入
  • MD 自動構築連携:合格 pose を lib/md の自動 solvate/ionize に接続
  • flexible residue 標準化:レセプター前処理レイヤを共通モジュール化
インパクト
  • Vina/Smina/RxDock/DiffDock の横並び比較を非専門家にも開放
  • PoseBuster が AI ドッキング実運用の標準後処理に
  • ドッキング → MD への workflow 一気通貫化のリファレンス実装