分子動力学シミュレーションと分数構造変動分析におけるモバイルおよび剛性の下部構造の自動識別

分子動力学における構造移動度の分析は、特に生体分子のシミュレーションにおいて、データ解釈において重要な役割を果たします。シミュレーションから計算される最も一般的な移動度測定値は、構造のルート平均平方根偏差（RMSD）とルート平均平方変動（RMSF）です。これらは、各軌道ステップにおける原子座標のアラインメントの後に、参照構造への計算後に計算されます。この剛体の整列は、構造のごく一部が非常に可動性がある場合、すべての原子のRMSDとRMSFが増加し、構造の変動の定量化が不十分であり、多くの場合、生物学的機能に関連する重要な変動を混乱させるという意味で、堅牢ではありません。この作業の動機は、実用的で解釈しやすい構造モビリティの堅牢な尺度を提供することです。シミュレーション内のモバイルの最小の下部構造の堅牢なアラインメントのための低注文値最適化（LOVO）戦略を提案します。これらの下部構造は、メソッドによって自動的に識別されます。アルゴリズムは、最小の変位を表示する構造の割合の反復的な重ね合わせで構成されています。したがって、モバイルの最小の下部構造が特定されており、全体的な構造変動のより明確な画像を提供します。この戦略の解釈上の利点を説明するために、例が示されています。アライメントを実行するためのソフトウェアはMdlovofitという名前で、http：//leandro.iqm.unicamp.br/mdlovofitでフリーソフトウェアとして入手できます。

The analysis of structural mobility in molecular dynamics plays a key role in data interpretation, particularly in the simulation of biomolecules. The most common mobility measures computed from simulations are the Root Mean Square Deviation (RMSD) and Root Mean Square Fluctuations (RMSF) of the structures. These are computed after the alignment of atomic coordinates in each trajectory step to a reference structure. This rigid-body alignment is not robust, in the sense that if a small portion of the structure is highly mobile, the RMSD and RMSF increase for all atoms, resulting possibly in poor quantification of the structural fluctuations and, often, to overlooking important fluctuations associated to biological function. The motivation of this work is to provide a robust measure of structural mobility that is practical, and easy to interpret. We propose a Low-Order-Value-Optimization (LOVO) strategy for the robust alignment of the least mobile substructures in a simulation. These substructures are automatically identified by the method. The algorithm consists of the iterative superposition of the fraction of structure displaying the smallest displacements. Therefore, the least mobile substructures are identified, providing a clearer picture of the overall structural fluctuations. Examples are given to illustrate the interpretative advantages of this strategy. The software for performing the alignments was named MDLovoFit and it is available as free-software at: http://leandro.iqm.unicamp.br/mdlovofit.