相同性モデリングにおけるメインチェーントレースからタンパク質側鎖を構成する方法

タンパク質相同性モデリングには、通常、相同配列を持つタンパク質の既知の三次構造から取られた主鎖痕跡を仮定しながら、モデル化されたタンパク質の側鎖立体構造の予測が含まれます。一般に、側鎖立体構造のすべての可能な組み合わせを調べる必要性は、正確な相同性モデリングに大きな障害をもたらすと考えられています。これまで提案されている方法は、組み合わせ問題を軽減するために、サイドチェーンねじれ角空間の個別または限られた検索のみを使用し、計算速度のために単純化されたエネルギー関数にも依存しています。構成的制約は、通常、頻繁に観察されるねじれ角、ねじれ角の固定ステップ、またはターゲット構造との順序と立体構造が類似した三次構造データバンクから取られたオリゴペプチドセグメントの使用に基づいています。現在の研究では、いくつかのタンパク質構造についてより基本的なアプローチが調査されており、サイドチェーン配置の組み合わせ障壁がほとんど存在しないことが実証されています。各サイドグループは、系統的検索手順と広範なローカルエネルギーの最小化を組み合わせて、バックボーン原子のみの環境で個別に構成できます。メインチェーンまたはメインチェーンおよび残りの側面鎖原子の両方を使用して、各残基の低エネルギージオメトリを計算するテストは、主鎖寄与の支配を確立しました。最終的な構造は、個別に配置された側鎖を組み合わせることで達成され、その後に構造の完全なエネルギー洗練が行われます。現在の相同性モデリング手法の予測精度は、他の自動化された手順と比較して評価され、X線結晶学によって決定された既知の側鎖立体構造と比較して改善された予測をもたらすことがわかりました。

Protein homology modelling typically involves the prediction of side-chain conformations in the modelled protein while assuming a main-chain trace taken from a known tertiary structure of a protein with homologous sequence. It is generally believed that the need to examine all possible combinations of side-chain conformations poses the major obstacle to accurate homology modelling. Methods proposed heretofore use only discrete or limited searches of the side-chain torsion angle space to mitigate the combinatorial problem and also rely on simplified energy functions for calculational speed. The configurational constraints are typically based upon use of frequently observed torsion angles, fixed steps in torsion angles, or oligopeptide segments taken from tertiary structural databanks that are similar in sequence and conformation with the target structure. In the present work, a more fundamental approach is explored for several protein structures and it is demonstrated that the combinatorial barrier in side-chain placement hardly exists. Each side-group can be configured individually in the environment of only the backbone atoms using a systematic search procedure combined with extensive local energy minimization. Tests, using the main-chain or both the main-chain and remaining side-chain atoms to calculate low energy geometries for each residue, established the dominance of the main-chain contribution. The final structure is achieved by combining the individually placed side-chains followed by a full energy refinement of the structure. The prediction accuracy of the present homology modelling technique was assessed relative to other automated procedures and was found to yield improved predictions relative to the known side-chain conformations determined by X-ray crystallography.