JP5348681B2 - 水溶性複合体中における、分子間相互作用エネルギーの評価方法 - Google Patents
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Description
Biochemistry, Vol.38, p.3168-3174 (1999)
水溶液中の、対象タンパク質とリガンド物質とで構成される、水溶性複合体中における、該対象タンパク質とリガンド物質との間の分子間相互作用エネルギーを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定し、評価を行う方法であって、
該評価方法は、下記の工程(i)〜工程(vi)を含んでいる:
工程(i)
前記対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lで構成される水溶性複合体と、
前記水溶性複合体を取り囲むように、該水溶性複合体の表面から6Å以内に存在している水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}によって構成される凝集体について、
該凝集体を構成する、対象タンパク質:P、リガンド物質:L、水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子の原子座標を特定する;
工程(ii)
工程(i)で特定される、対象タンパク質:P、リガンド物質:Lの原子座標に基づき、
該対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lとの間における直接の分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;
工程(iii)
工程(i)で特定される、対象タンパク質:P、水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子の原子座標に基づき、
該対象タンパク質:Pと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子wiとの間の分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EP-wiを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定し、
該対象タンパク質:Pと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}全体との分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EP-Wを、前記EP-wiの和;EP-W=Σ(EP-wi)と推定する;
工程(iv)
工程(i)で特定される、リガンド物質:L、水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子の原子座標に基づき、
該リガンド物質:Lと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子wiとの間の分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EL-wiを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定し、
該リガンド物質:Lと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}全体との分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EL-Wを、前記EL-wiの和;EL-W=Σ(EL-wi)と推定する;
工程(v)
前記対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lで構成される水溶性複合体と、前記水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}によって構成される凝集体中における、
前記対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lとの間の分子間相互作用エネルギー:EP-L/Wを、工程(ii)で推定したEP-L、工程(iii)で推定したEP-W、工程(iv)で推定したEL-Wの和;EP-L/W=EP-L+EP-W+EL-Wと推定する;
水溶液中の、対象タンパク質とリガンド物質とで構成される、水溶性複合体中における、該対象タンパク質とリガンド物質との間の分子間相互作用エネルギー:EP-L/aqua.を、上記工程(i)〜工程(v)によって、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定される、EP-L/Wを用いて、EP-L/aqua.=EP-L/Wと評価する
ことを特徴とする、水溶性複合体中における、対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lとの間の分子間相互作用エネルギーのフラグメント分子軌道法を適用した評価方法である。
前記リガンド物質:Lは、ペプチド鎖で構成される、ペプチド性リガンド物質である形態;
前記リガンド物質:Lは、一本鎖RNA分子により構成される、RNA型リガンド物質である形態;あるいは、
前記リガンド物質:Lは、低分子リガンドである形態
のいずれに対しても、好適に適用できる。
工程(ii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;ならびに、
工程(iii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Wを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する際、
対象タンパク質に関して、該対象タンパク質を構成するアミノ酸残基毎に一フラグメントを構成するように、フラグメント分割を行うことが好ましい。特には、前記対象タンパク質に関して、該対象タンパク質を構成するアミノ酸残基毎に一フラグメントを構成するように、フラグメント分割を行う際、アミノ酸残基相互を連結するアミド結合のCO−Nの結合の分割を回避するように、フラグメント分割部位を選択することが望ましい。
工程(ii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;ならびに、
工程(iv)において、前記相互作用エネルギー:EL-Wを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する際、
ペプチド鎖で構成される、ペプチド性リガンド物質に関して、該ペプチド鎖を構成するアミノ酸残基毎に一フラグメントを構成するように、フラグメント分割を行うことが好ましい。特には、前記ペプチド鎖で構成される、ペプチド性リガンド物質に関して、該ペプチド鎖を構成するアミノ酸残基毎に一フラグメントを構成するように、フラグメント分割を行う際、アミノ酸残基相互を連結するアミド結合のCO−Nの結合の分割を回避するように、フラグメント分割部位を選択することが望ましい。
工程(ii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;ならびに、
工程(iv)において、前記相互作用エネルギー:EL-Wを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する際、
一本鎖RNA分子により構成される、RNA型リガンド物質に関して、該一本鎖RNA分子を構成するヌクレオチド毎に二フラグメントを構成するように、各ヌクレオチドを構成する、塩基成分とD−リボース成分とを連結する、前記D−リボースの1’−位の炭素原子と、前記塩基の窒素原子の間のC−N結合を、該ヌクレオチド内のフラグメント分割部位として選択することが好ましい。
工程(ii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;
工程(iii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Wを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;ならびに
工程(iv)において、前記相互作用エネルギー:EL-Wを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する際、
該フラグメント分子軌道法に基づく、数値計算用プログラムとして、ABINIT−MPを採用することができる
さらに、
前記フラグメント分子軌道法に基づく、数値計算用プログラムとして、ABINIT−MPを採用する際、各フラグメントを構成する原子の電子軌道の形成に利用する基底関数系として、6−31G基底関数を選択することができる。
前記対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lで構成される水溶性複合体と、
前記水溶性複合体を取り囲むように、該水溶性複合体の表面から6Å以内に存在している水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}によって構成される凝集体について、
該凝集体を構成する、対象タンパク質:P、リガンド物質:L、水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子の原子座標を特定する。
工程(i)で特定される、対象タンパク質:P、リガンド物質:Lの原子座標に基づき、
該対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lとの間における直接の分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する。
工程(i)で特定される、対象タンパク質:P、水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子の原子座標に基づき、
該対象タンパク質:Pと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子wiとの間の分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EP-wiを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定し、
該対象タンパク質:Pと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}全体との分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EP-Wを、前記EP-wiの和;EP-W=Σ(EP-wi)と推定する。
工程(i)で特定される、リガンド物質:L、水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子の原子座標に基づき、
該リガンド物質:Lと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子wiとの間の分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EL-wiを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定し、
該リガンド物質:Lと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}全体との分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EL-Wを、前記EL-wiの和;EL-W=Σ(EL-wi)と推定する。
前記対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lで構成される水溶性複合体と、前記水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}によって構成される凝集体中における、
前記対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lとの間の分子間相互作用エネルギー:EP-L/Wを、工程(ii)で推定したEP-L、工程(iii)で推定したEP-W、工程(iv)で推定したEL-Wの和;EP-L/W=EP-L+EP-W+EL-Wと推定する。
第一の実施態様は、本発明にかかる評価方法を、NF−κB/RNAアプタマー複合体のX線結晶構造解析の結果に基づき、水溶液中で、該複合体を形成する、NF−κBタンパク質/RNAアプタマー間の分子間相互作用エネルギーの評価に適用した事例に相当する。
eP-R:タンパク質−RNA間のIFIE;
eP-W:タンパク質−水分子間のIFIE;
eR-W:RNA−水分子間のIFIE
以下に記述するように、NF−κB/RNAアプタマー複合体の基準構造、および修飾モデリング構造を計算し、上記の定義に従って算出される、フラグメント間相互作用エネルギーVP-Rを指標として、結合力を、それぞれ評価している。
まず、PDB ID:1OOAに公表されている、二量体の構造から、chain A/C部分のNF−κB/RNAアプタマー分子の複合体の原子座標を取得する。このNF−κB/RNAアプタマー複合体の構造に対して、AMBER8を用いて、Na+で中和し、TIP3P型で水を添加する。その後、重原子を固定して、力場ff02により、水分子を含め、構造最適化を行っている。
修飾モデリングのため、該RNAアプタマー分子の塩基配列中、5’−末端のCを除く、全てのピリミジン塩基C/U(13個):5’−CAUACUUGAAACUGUAAGGUU GGCGUAUG−3’について、それぞれ2’‐O‐メチル修飾した構造を、モデリングにより構築する。各修飾RNAアプタマー分子とNF−κBタンパク質の複合体について、前記の手法を応用して、水分子を含め、構造最適化を行っている。
Claims (12)
- 水溶液中の、対象タンパク質とリガンド物質とで構成される、水溶性複合体中における、該対象タンパク質とリガンド物質との間の分子間相互作用エネルギーを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定し、評価を行う方法であって、
該評価方法は、下記の工程(i)〜工程(vi)を含んでいる:
工程(i)
前記対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lで構成される水溶性複合体と、
前記水溶性複合体を取り囲むように、該水溶性複合体の表面から6Å以内に存在している水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}によって構成される凝集体について、
該凝集体を構成する、対象タンパク質:P、リガンド物質:L、水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子の原子座標を特定する;
工程(ii)
工程(i)で特定される、対象タンパク質:P、リガンド物質:Lの原子座標に基づき、
該対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lとの間における直接の分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;
工程(iii)
工程(i)で特定される、対象タンパク質:P、水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子の原子座標に基づき、
該対象タンパク質:Pと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子wiとの間の分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EP-wiを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定し、
該対象タンパク質:Pと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}全体との分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EP-Wを、前記EP-wiの和;EP-W=Σ(EP-wi)と推定する;
工程(iv)
工程(i)で特定される、リガンド物質:L、水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子の原子座標に基づき、
該リガンド物質:Lと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}の各水分子wiとの間の分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EL-wiを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定し、
該リガンド物質:Lと水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}全体との分子間相互作用に起因する相互作用エネルギー:EL-Wを、前記EL-wiの和;EL-W=Σ(EL-wi)と推定する;
工程(v)
前記対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lで構成される水溶性複合体と、前記水分子の集合W={w1,…,wi…,wn}によって構成される凝集体中における、
前記対象タンパク質:Pとリガンド物質:Lとの間の分子間相互作用エネルギー:EP-L/Wを、工程(ii)で推定したEP-L、工程(iii)で推定したEP-W、工程(iv)で推定したEL-Wの和;EP-L/W=EP-L+EP-W+EL-Wと推定する;
工程(vi)
水溶液中の、対象タンパク質とリガンド物質とで構成される、水溶性複合体中における、該対象タンパク質とリガンド物質との間の分子間相互作用エネルギー:EP-L/aqua.を、上記工程(i)〜工程(v)によって、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定される、EP-L/Wを用いて、EP-L/aqua.=EP-L/Wと評価する;
ことを特徴とする、水溶性複合体中における、対象タンパク質とリガンド物質との間の分子間相互作用エネルギーのフラグメント分子軌道法を適用した評価方法。 - 前記リガンド物質:Lは、ペプチド鎖で構成される、ペプチド性リガンド物質である
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記ペプチド鎖で構成される、ペプチド性リガンド物質は、タンパク質である
ことを特徴とする、請求項2に記載の方法。 - 前記リガンド物質:Lは、一本鎖RNA分子により構成される、RNA型リガンド物質である
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記リガンド物質:Lは、低分子リガンドである
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 工程(ii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;ならびに、
工程(iii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Wを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する際、
対象タンパク質に関して、該対象タンパク質を構成するアミノ酸残基毎に一フラグメントを構成するように、フラグメント分割を行う
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記対象タンパク質に関して、該対象タンパク質を構成するアミノ酸残基毎に一フラグメントを構成するように、フラグメント分割を行う際、アミノ酸残基相互を連結するアミド結合のCO−Nの結合の分割を回避するように、フラグメント分割部位を選択する
ことを特徴とする、請求項6に記載の方法。 - 工程(ii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;ならびに、
工程(iv)において、前記相互作用エネルギー:EL-Wを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する際、
ペプチド鎖で構成される、ペプチド性リガンド物質に関して、該ペプチド鎖を構成するアミノ酸残基毎に一フラグメントを構成するように、フラグメント分割を行う
ことを特徴とする、請求項2または3に記載の方法。 - 前記ペプチド鎖で構成される、ペプチド性リガンド物質に関して、該ペプチド鎖を構成するアミノ酸残基毎に一フラグメントを構成するように、フラグメント分割を行う際、アミノ酸残基相互を連結するアミド結合のCO−Nの結合の分割を回避するように、フラグメント分割部位を選択する
ことを特徴とする、請求項8に記載の方法。 - 工程(ii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;ならびに、
工程(iv)において、前記相互作用エネルギー:EL-Wを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する際、
一本鎖RNA分子により構成される、RNA型リガンド物質に関して、該一本鎖RNA分子を構成するヌクレオチド毎に二フラグメントを構成するように、各ヌクレオチドを構成する、塩基成分とD−リボース成分とを連結する、前記D−リボースの1’−位の炭素原子と、前記塩基の窒素原子の間のC−N結合を、該ヌクレオチド内のフラグメント分割部位として選択する
ことを特徴とする、請求項4に記載の方法。 - 工程(ii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Lを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;
工程(iii)において、前記相互作用エネルギー:EP-Wを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する;ならびに
工程(iv)において、前記相互作用エネルギー:EL-Wを、フラグメント分子軌道法を適用し、数値計算により推定する際、
該フラグメント分子軌道法に基づく、数値計算用プログラムとして、ABINIT−MPを採用する
ことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。 - 前記フラグメント分子軌道法に基づく、数値計算用プログラムとして、ABINIT−MPを採用する際、各フラグメントを構成する原子の電子軌道の形成に利用する基底関数系として、6−31G基底関数を選択する
ことを特徴とする、請求項11に記載の方法。
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