발표자

켄 보렐리 박사
수석 연구원, Schrödinger

초록

저온전자현미경(cryo-EM)을 통해 생성된 데이터로부터 단백질-리간드 상호작용에 대한 정확한 원자 모델을 구축하는 것은, 실험상의 잡음과 단백질-리간드 결합의 동적 특성이 복합적으로 작용하기 때문에 종종 어려운 과제입니다. 이 문제를 해결하기 위해, 우리는 기존 계산 모델링 기법과 EM 맵 포텐셜을 결합하여, 단백질-리간드 결합에 대한 보다 정확하고 검증된 구조 모델을 생성하는 방법을 개발했습니다.

본 논문에서는 실공간 및 역공간 모델 정밀화를 위해 널리 사용되는 Phenix 패키지에 OPLS3e 힘장과 VSGB2.1 암시적 용매화 모델을 통합한 결과를 보고한다. 저온 전자 현미경(cryo-EM) 분야의 해상도 혁명이 도래함에 따라 저해상도 원자 정밀화 작업이 더욱 보편화되고 있으며, 복잡한 힘장은 단순한 제약 조건으로 인해 발생할 수 있는 리간드 변형이나 단백질-리간드 접촉으로 인한 비현실적인 구조를 방지함으로써 정밀화 과정을 돕는 데 기여할 수 있다. 본 연구 결과에 따르면, X선 정밀화 시 리간드 변형이 감소하면서 저해상도에서도 구조 품질이 현저히 향상되었으며, R-인자는 소폭 증가하는 데 그쳤다. 크라이오-EM 기반 구조의 실공간 정밀화에서는, 구조 품질과 적합도가 유사한 수준을 유지하면서 리간드 변형이 감소하는 것을 확인했습니다. 또한, 데이터 가중치의 함수로서 구조 품질이 맵-모델 상호상관관계와 어떻게 연관되는지, 그리고 특히 정확한 리간드 에너지와 결합될 때 과적합 및 저적합을 탐지하는 데 어떻게 유용한 도구가 될 수 있는지 명확히 보여줍니다.  이 도구 외에도, 내성 프로파일이 개선된 스트렙토그라민 계열 항생제의 변이체를 식별하기 위한 구조 기반 신약 개발 연구에 이 도구를 적용한 사례를 소개할 예정이다.

또한, ‘ Glide ’ 리간드 도킹 소프트웨어를 수정하여 모델링되지 않은 밀도 영역에 리간드를 배치할 수 있도록 한 내용을 발표할 예정입니다.   이를 수정된 ‘together’ 버전과 결합하면, 여러 리간드 유형에 대해 다양한 해상도 범위에서 실험 데이터와 계산 모델링 모두와 일치하는 하나 이상의 포즈를 도출할 수 있습니다. 이 파이프라인은 서로 다른 해상도 범위와 다양한 유형의 리간드를 가진 복합체에 대한 여러 발표된 극저온 전자현미경(cryo-EM) 구조를 통해 검증되었습니다. 모든 사례에서, 식별된 포즈 중 적어도 하나는 표적과의 탁월한 상호작용을 보일 뿐만 아니라 밀도 맵과도 일치하는 결과를 나타냈습니다.

또한, 단백질-리간드 결합 부위의 원자적 세부 사항에 약간의 모호성이 남아 있는 경우, 연금술적 FEP 계산과 일련의 동족 화합물들의 친화도를 활용하여 유망한 단백질 리간드 배향을 확인할 것입니다. 이러한 도구들은 리간드 배향을 확실하게 규명하고 확인하는 데 유용할 것이며, 이를 통해 극저온 전자현미경(cryo-EM)을 활용한 구조 기반 신약 개발 노력을 가능하게 할 것입니다.