膜蛋白質 GPCR と薬剤化合物ボセンタンの結合自由エネルギー地形

膜蛋白GPCR与药物化合物波生坦的结合自由能形貌

基本信息

批准号：
21K06052
负责人：
肥後順一
金额：
$ 1.5万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

我々が独自に開発した立体構造探索法「Genetic algorithm にサポートされた多次元仮想空間と連動する分子動力学法（GA-guided-mD-VcMD; 以下VcMDと呼ぶ）」は、生体高分子系に複数の反応座標を設定し、その反応座標に沿う構造変化を促進し、自由エネルギー地形を算出する。本課題ではこの計算手法を使い、膜蛋白質であるG蛋白質共役型受容体(GPCR)ファミリーに属するヒト・エンドセリン受容体タイプB (hETB)と薬剤分子ボセンタンの結合・解離過程を構造探索し、結合・解離の自由エネルギー地形を算出する。GPCR は深い結合ポケットを持ち、そこにリガンドが結合するとき複雑な過程を経る。従来のシミュレーションでは、統計的優位性を保ちその過程を探索することは難しい。我々のVcMD法で自由エネルギー地形を求め、この複雑な結合過程を明らかにし、結果を論文発表（Sci. Rep. 12,13792,2022）した。計算から得られた結合自由エネルギー地形からは以下のことが分かった：hETB から離れたところからボセンタンが接近し hETB の深いポケットに結合していくとき、「fly-castingメカニズム」と「orientation selection メカニズム」という二つのメカニズムが連動して働く。そして、最終的には、ポケットの底で最安定構造（実験で決まった複合体構造）が形成される。GPCRは重要な創薬ターゲットであり、ボセンタンはそれに結合する薬物である。計算では、hETB、ボセンタン、生体膜（脂質二重膜）、コレステロール分子、溶媒（水分子とイオン）等のすべてがflexibleな全原子モデルで表現した。計算機プログラムはgromaxを、計算機は東京工業大学のTSUBAME3.0システムを使った。

我们独特的三维结构搜索方法，“由遗传算法支持的链接到多维虚拟空间的分子动力学方法（GA-guided-mD-VcMD；以下简称VcMD）”适用于生物聚合物系统的多重反应。坐标，促进沿反应坐标的结构变化，并计算自由能形貌。在本项目中，我们将使用这种计算方法来研究人B型内皮素受体（hETB）之间的结合和解离过程的结构，hETB属于G蛋白偶联受体（GPCR）家族，是一种膜蛋白，以及药物分子波生坦。・计算解离的自由能形貌。 GPCR 具有很深的结合袋，当配体结合到那里时，就会发生一个复杂的过程。使用传统的模拟，很难在保持统计优势的同时探索该过程。我们使用 VcMD 方法确定了自由能形貌，阐明了这种复杂的键合过程，并在论文中发表了结果 (Sci. Rep. 12, 13792, 2022)。从计算中获得的结合自由能形貌揭示了以下内容：当波生坦从一定距离接近 hETB 并与 hETB 的深袋结合时，“飞抛机制”和“方向选择机制”被激活“这两种机制协同作用。最后，在口袋底部形成最稳定的结构（通过实验确定的复杂结构）。 GPCR 是重要的药物靶点，而波生坦是一种与其结合的药物。计算中，hETB、波生坦、生物膜（脂质双层膜）、胆固醇分子、溶剂（水分子和离子）等均采用灵活的全原子模型表达。所使用的计算机程序为gromax，所使用的计算机为东京工业大学的TSUBAME3.0系统。