Theory and Modeling of Biomolecules and their Interactions - Equipment Supplement

生物分子及其相互作用的理论和建模 - 设备补充

基本信息

  • 批准号:
    9894101
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 16.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-02-01 至 2024-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract The establishment of tools and methods from statistical mechanics and computer simulation technology to enable the exploration of biological molecules and their interactions plays a central role in discovery within biomedical research. This proposal represents a request for support of our ongoing efforts in this area and includes objectives to address challenges in the theory and modeling associated with these problems, as well as strategically chosen collaborations that will help elucidate important biomedical questions and provide crucial tests of the approaches we develop. Our proposed development efforts include the exploration of receptor-ligand interactions and the thermodynamics of ligand binding to biological receptors through the continued development and application of novel methods of free energy simulations to ligand binding thermodynamics, docking and receptor-ligand interaction modeling. The continued refinement, hardening and application of theoretical and computational methods of constant pH molecular dynamics to integrate the critical aspects of pH and protonation state changes in protein and nucleic acid receptors and their ligands in molecular simulations and modeling represents another challenge we will continue to address with the proposed work. Finally, software infrastructure, specifically the CHARMM macromolecular simulation package, provides the framework for advancing our methodological approaches and enabling the broader community to explore biomedically motivated questions via its wide usage and distribution. A component of our proposed efforts will be to continue the innovative implementation of methods and simulation approaches into this community standard software package. We will balance and drive our development efforts in the areas of free energy simulations, ligand – receptor docking and pH-mediated structure-function processes, important to a deeper mechanistic understanding of biomedically directed questions, through strategic collaborations with experimental colleagues in the areas of: transcriptional activation based on small amphipathic molecules targeting co-activators from the CREB binding protein (KIX) and the AciD domain of Med25; key cancer targets such as menin-MLL protein-protein interaction inhibition; inhibitors of acyl protein thioesterases, targeted in anti-cancer therapies for oncogenic HRas; enzyme redesign and substrate scope expansion to better understand the evolution of function of a novel Flavin-dependent hydroxylase in exploiting complex chemical transformations important in the development of pharmaceuticals; pH-regulated sensors in kinase signaling associated with the G-protein from the tetrameric Gai protein; the pH- modulated switch for myristoylated histactophilin, the actin binding protein that is structurally homologous with interleukin-1b and fibroblast growth factor. Finally, we will engage experts in the development of big data applications of molecular simulations and the design and execution of robust user APIs to work with us toward advancing objectives in software development for large multi-scale simulations of cellular environments and automated workflows, through CHARMM-GUI, for sophisticated simulation protocols.
项目概要/摘要 从统计力学和计算机模拟技术出发建立工具和方法 使生物分子及其相互作用的探索在发现中发挥着核心作用 该提案代表了对我们在该领域持续努力的支持的请求。 包括解决与这些问题相关的理论和建模挑战的目标,以及 作为战略选择的合作,将有助于阐明重要的生物医学问题并提供关键的 我们开发的方法的测试包括对受体配体的探索。 通过持续发展,配体与生物受体结合的相互作用和热力学 以及自由能模拟新方法在配体结合热力学、对接和应用中的应用 受体-配体相互作用模型的不断完善、强化和应用。 恒定 pH 分子动力学的计算方法,整合 pH 和质子化的关键方面 分子模拟和建模中蛋白质和核酸受体及其配体的状态变化 这是我们将继续通过拟议工作解决的另一个挑战,即软件基础设施。 特别是 CHARMM 大分子模拟软件包,为推进我们的研究提供了框架 方法论方法并使更广泛的社区能够探索生物医学问题 通过其广泛使用和分发,我们提出的努力的一个组成部分将是继续创新。 我们将把方法和模拟方法实施到这个社区标准软件包中。 平衡并推动我们在自由能模拟、配体-受体对接和 pH 介导的结构功能过程,对于更深入地理解生物医学机制非常重要 通过与以下领域的实验同事进行战略合作,提出定向问题: 基于针对 CREB ​​结合蛋白 (KIX) 共激活剂的小两亲分子的激活 Med25 的 AciD 结构域,例如 menin-MLL 蛋白-蛋白相互作用抑制; 酰基蛋白硫酯酶抑制剂,针对致癌 HRas 重新设计酶进行抗癌治疗; 和底物范围扩展,以更好地了解新型黄素依赖性蛋白的功能演变 羟化酶利用复杂的化学转化,这对于药物开发至关重要; 与四聚体 Gai 蛋白的 G 蛋白相关的激酶信号传导中的 pH 调节传感器; 肉豆蔻酰化亲组织蛋白的调节开关,这是一种与结构同源的肌动蛋白结合蛋白 最后,我们将聘请专家来开发大数据。 分子模拟的应用以及强大的用户API的设计和执行与我们合作 推进细胞环境大规模多尺度模拟的软件开发目标 通过 CHARMM-GUI 实现复杂模拟协议的自动化工作流程。

项目成果

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