自由エネルギー摂動計算を使用したタンパク質間突然変異の相対結合エネルギーの堅牢な予測

非標識：計算自由エネルギーベースの方法は、スループットを大幅に改善し、タンパク質設計の取り組みのコストを削減する可能性があります。このような方法は、タンパク質設計プロジェクトに影響を与える方法で実際の産業環境で効果的に展開するために、高レベルの信頼性、精度、および自動化に到達する必要があります。ここでは、自由エネルギー摂動（FEP+）計算を使用して、文献からのさまざまなシステム全体の単一点突然変異に対するタンパク質 - タンパク質結合親和性の相対的な変化の計算のためのベンチマーク研究を提示します。滴定可能なアミノ酸の代替プロトン状態の堅牢な治療の方法について説明します。これにより、実験的結合自由エネルギーと比較して、誤差との相関が改善され、減少した誤差が得られます。データセット内の最大のアウトリアケースを慎重に分析した後、デフォルトのFEP+プロトコルの制限を評価し、追加の精査を必要とする可能性のある異常値のケースを識別し、電荷関連の外れ値のサブセットの経験的修正を計算する自動スクリプトを導入します。一連の3つの追加のケーススタディシステムを通じて、タンパク質FEP+を実際のタンパク質設計プロジェクトに適用する方法について説明し、さらなる研究の分野を提案します。 ハイライト：ほとんどのタンパク質変異の相対結合自由エネルギーの変化の信頼できる計算〜1 kcal/mol.自動タンパク質FEP+グループの滴定可能な残基の代替プロトン状態の治療。FEP+方法論の「現実世界」タンパク質設計プロジェクトへの適用。

UNLABELLED: Computational free energy-based methods have the potential to significantly improve throughput and decrease costs of protein design efforts. Such methods must reach a high level of reliability, accuracy, and automation to be effectively deployed in practical industrial settings in a way that impacts protein design projects. Here, we present a benchmark study for the calculation of relative changes in protein-protein binding affinity for single point mutations across a variety of systems from the literature, using free energy perturbation (FEP+) calculations. We describe a method for robust treatment of alternate protonation states for titratable amino acids, which yields improved correlation with and reduced error compared to experimental binding free energies. Following careful analysis of the largest outlier cases in our dataset, we assess limitations of the default FEP+ protocols and introduce an automated script which identifies probable outlier cases that may require additional scrutiny and calculates an empirical correction for a subset of charge-related outliers. Through a series of three additional case study systems, we discuss how protein FEP+ can be applied to real-world protein design projects, and suggest areas of further study. HIGHLIGHTS: Reliable calculation of relative binding free energy changes for most protein mutations to within ∼1 kcal/mol.Automated Protein FEP+ Groups treatment of alternate protonation states for titratable residues.Application of FEP+ methodology to "real-world" protein design projects.