講演者

ケン・ボレッリ博士
シニア・プリンシパル・サイエンティスト、Schrödinger

要旨

低温電子顕微鏡法によって得られたデータから、タンパク質-リガンド 間の相互作用に関する正確な原子モデルを構築することは、実験に伴うノイズと、タンパク質-リガンド 結合の動的な性質が相まって、しばしば困難な課題となる。この問題に対処するため、我々は、確立された計算モデリング手法とEMマップポテンシャルを組み合わせる手法を開発し、タンパク質-リガンド 結合に関する、より正確で信頼性の高い構造モデルを構築した。

本稿では、実空間および逆空間におけるモデル精製のために、広く利用されているPhenixパッケージに、OPLS3e力場とVSGB2.1暗黙的溶媒化モデルを組み込んだことについて報告する。低温電子顕微鏡における「解像度革命」の到来に伴い、低解像度での原子レベル精製が一般的になっており、より単純な拘束条件によって許容されるリガンド ひずみやprotein-リガンド 接触に起因する不自然な構造を回避することで、複雑な力場が精製に役立つ可能性がある。 我々の結果は、X線構造決定において、リガンド のひずみを低減させつつ、低解像度での構造 の品質が著しく向上したことを示しており、R因子の増加はわずかであった。クライオ電子顕微鏡に基づく構造の実空間精製については、同等の品質と適合度（goodness-of-fit）が得られ、リガンド のひずみが低減したことが確認された。 さらに、データ重み（data weight）の関数として、構造 の品質がマップとモデルの相互相関（map-model cross correlation）とどのように関連しているかを明確に示し、特に正確なリガンド エネルギーと組み合わせることで、過適合（over-fitting）および過小適合（under-fitting）の両方を検出するための有益なツールとなり得ることを示す。このツールに加え、構造 を活用した創薬研究への応用例として、耐性プロファイルが改善されたストレプトグラミン系抗生物質の修飾（同定 ）について紹介する。

また、当社のGlide （リガンド ）ドッキングソフトウェアを改良し、モデル化されていない密度領域にリガンドを配置できるようにした点についても紹介します。   これを「together」の改良版と組み合わせることで、いくつかのリガンド タイプについて、幅広い解像度範囲において、実験データと計算モデリングの両方に整合する1つ以上のポーズを生成することが可能です。このパイプラインは、異なる解像度範囲および様々な種類のリガンドを含む複合体の、既発表のクライオ電子顕微鏡（cryo-EM）構造を用いて検証されています。いずれの場合も、特定されたポーズのうち少なくとも1つは、ターゲット との優れた相互作用と、密度マップとの整合性の両方を示しました。

リガンド また、タンパク質-リガンド 結合部位の原子レベルの詳細に不確実性が残っている場合、錬金術的FEP計算および一連の同族化合物の親和性を用いて、タンパク質- の想定される結合姿勢を検証します。これらの手法は、リガンド の結合姿勢を確実に特定・確認するために有用であり、これにより、クライオ電子顕微鏡（cryo-EM）を活用した構造 に基づく創薬研究が可能となります。