DNA結合タンパク質の計算特異性スクリーニングに向けて

DNA結合タンパク質は、遺伝子発現の調節における重要なプレーヤーであり、したがって、細胞機能に不可欠です。DNA結合ドメインとDNA修飾ドメインで構成されるキメラタンパク質は、正確なゲノム操作を可能にします。重要な前提条件は、特定のヌクレオチド配列の特定の認識です。ここでは、分子動力学に基づく錬金術の自由エネルギーシミュレーションによるDNA結合タンパク質の結合親和性を定量的に評価します。シリコスクリーニングアッセイで自動的にセットアップし、平衡および非排尿形質転換経路に基づいて2つの独立した手順を使用して自由エネルギーの違いを推定するための計算フレームワークが開発されました。両方の手順の精度に対するシミュレーション時間の影響が示されています。亜鉛フィンガー転写因子のいくつかの配列への結合特異性が計算され、実験データとの一致が示されています。最後に、DNA結合タンパク質の完全な特異性プロファイルの導出を目的としたインシリコスクリーニング戦略を提案します。

DNA-binding proteins are key players in the regulation of gene expression and, hence, are essential for cell function. Chimeric proteins composed of DNA-binding domains and DNA modifying domains allow for precise genome manipulation. A key prerequisite is the specific recognition of a particular nucleotide sequence. Here, we quantitatively assess the binding affinity of DNA-binding proteins by molecular dynamics-based alchemical free energy simulations. A computational framework was developed to automatically set up in silico screening assays and estimate free energy differences using two independent procedures, based on equilibrium and non-equlibrium transformation pathways. The influence of simulation times on the accuracy of both procedures is presented. The binding specificity of a zinc-finger transcription factor to several sequences is calculated, and agreement with experimental data is shown. Finally we propose an in silico screening strategy aiming at the derivation of full specificity profiles for DNA-binding proteins.