絶対および相対リガンド溶媒和と結合自由エネルギーシミュレーションのためのcharmm-gui自由エネルギー計算機

錬金術の自由エネルギーシミュレーションは、小分子の結合親和性と溶解度のための自由エネルギーの変化を予測するために長い間利用されてきました。ただし、これらの方法の理論的基礎は十分に確立されていますが、複雑な分子システムの異なる熱力学的終了状態の調製に関する多くの実用的な側面をシームレスに処理することができます。この作業では、NAMDおよび象徴の入力およびポスト処理スクリプトを備えたさまざまな錬金術の自由エネルギー摂動分子動力学（FEP/MD）システムを提供する、charmm-gui自由エネルギー計算機（http://www.charmm-gui.org/input/fec）を提供します。4つのサブモジュールが利用可能です。絶対リガンドバインダー（絶対リガンド結合FEP/MD用）、相対リガンド結合FEP/MD用）、絶対リガンド溶媒和（FEEP/MD用）、および相対リガンド溶媒剤（相対リガンド溶媒和FEP/MD用）。各モジュールは、ハイスループットFEP/MDシミュレーションのために、選択したリガンドのセットの複数のシステムを一度に構築するように設計されています。自由エネルギー計算機の能力は、一連のリガンドの絶対および相対溶媒和FEP/MD、および溶液中のT4-リゾチームのリガンドのセットと膜中のアデノシンA2A受容体のリガンドのセットの絶対および相対結合FEP/MDによって示されます。計算された自由エネルギー値は、実験的および公開された自由エネルギー結果（〜1 kcal/mol以内）と全体的に一致しています。自由エネルギー計算機が、生体分子科学と創薬の分野でハイスループットFEP/MDシミュレーションを実行するのに役立つことを願っています。

Alchemical free energy simulations have long been utilized to predict free energy changes for binding affinity and solubility of small molecules. However, while the theoretical foundation of these methods is well established, seamlessly handling many of the practical aspects regarding the preparation of the different thermodynamic end states of complex molecular systems and the numerous processing scripts often remains a burden for successful applications. In this work, we present CHARMM-GUI Free Energy Calculator (http://www.charmm-gui.org/input/fec) that provides various alchemical free energy perturbation molecular dynamics (FEP/MD) systems with input and post-processing scripts for NAMD and GENESIS. Four submodules are available: Absolute Ligand Binder (for absolute ligand binding FEP/MD), Relative Ligand Binder (for relative ligand binding FEP/MD), Absolute Ligand Solvator (for absolute ligand solvation FEP/MD), and Relative Ligand Solvator (for relative ligand solvation FEP/MD). Each module is designed to build multiple systems of a set of selected ligands at once for high-throughput FEP/MD simulations. The capability of Free Energy Calculator is illustrated by absolute and relative solvation FEP/MD of a set of ligands and absolute and relative binding FEP/MD of a set of ligands for T4-lysozyme in solution and the adenosine A2A receptor in a membrane. The calculated free energy values are overall consistent with the experimental and published free energy results (within ∼1 kcal/mol). We hope that Free Energy Calculator is useful to carry out high-throughput FEP/MD simulations in the field of biomolecular sciences and drug discovery.