偏光拡散への分極可能な力場によるタンパク質NMRスピン緩和の正確な予測

タンパク質のダイナミクスを調査するために利用できるさまざまな生物物理学的方法の中で、NMRは、広範な時間スケールでタンパク質運動を精査する能力を提示します。1H-15N NMRスピン緩和実験は、分子動力学（MD）シミュレーションによって適切にサンプリングできる基本パラメーター15N-R1、15N-R2、および1H-15N NOEによってプローブされたピコ秒ナノ秒ダイナミクス全体のタンパク質運動の程度を明らかにすることができます。。これらのパラメーターの正確な予測は、回転拡散と異方性の適切な説明にさらされます。実際、強い回転異方性は、さまざまな弛緩パラメーターに大きな影響を及ぼし、立体配置交換と間違えられる可能性があります。MDからのNMRスピン緩和予測の原理は現在十分に確立されていますが、これまでになく、多数のNMR/MD比較が、低から中程度の異方性を示すタンパク質に焦点を当てており、スケーリング因子を使用して、回転の水モデル依存から生じるアーティファクトを除去するためのスケーリング因子を利用しています。拡散。現在の研究では、NMRを使用して、15N-R1、15N-R2、および1H-15N NOE緩和パラメーターを測定することにより、αヘリカルSTAM2-UIMドメインの回転拡散を特徴付けました。したがって、分極可能なアメーバ力場（FF）の使用を強調し、強力な回転異方性の特定のケースで回転拡散の予測を改善し、15N-R1、15N-R2の予測を強化することを示しています。スケーリング係数を必要とせずに、1H-15N NOEリラクゼーションパラメーター。我々の発見は、分極可能なFFSの使用が、マルチドメインタンパク質または本質的に無秩序なタンパク質の場合のように、電荷分布またはタンパク質の形状が時間とともに改造される状況でタンパク質のダイナミクスの理解を潜在的に豊かにする可能性があることを示唆しています。

Among the various biophysical methods available to investigate protein dynamics, NMR presents the ability to scrutinize protein motions on a broad range of time scales. 1H-15N NMR spin relaxation experiments can reveal the extent of protein motions across the picosecond-nanosecond dynamics probed by the fundamental parameters 15N-R1, 15N-R2, and 1H-15N NOE that can be well sampled by molecular dynamics (MD) simulations. An accurate prediction of these parameters is subjected to a proper description of the rotational diffusion and anisotropy. Indeed, a strong rotational anisotropy has a profound effect on the various relaxation parameters and could be mistaken for conformational exchange. Although the principle of NMR spin relaxation predictions from MD is now well established, numerous NMR/MD comparisons have hitherto focused on proteins that show low to moderate anisotropy and make use of a scaling factor to remove artifacts arising from water model-dependence of the rotational diffusion. In the present work, we have used NMR to characterize the rotational diffusion of the α-helical STAM2-UIM domain by measuring the 15N-R1, 15N-R2, and 1H-15N NOE relaxation parameters. We therefore highlight the use of the polarizable AMOEBA force field (FF) and show that it improves the prediction of the rotational diffusion in the particular case of strong rotational anisotropy, which in turn enhances the prediction of the 15N-R1, 15N-R2, and 1H-15N NOE relaxation parameters without the requirement of a scaling factor. Our findings suggest that the use of polarizable FFs could potentially enrich our understanding of protein dynamics in situations where charge distribution or protein shape is remodeled over time like in the case of multidomain proteins or intrinsically disordered proteins.