多様なトポロジーを持つタンパク質の折り畳みシミュレーションは,物理に基づいた力場と暗黙の溶媒を持つ日にアクセスできます

科学分野:

• コンピュータ生物学 コンピュータ生物学
• バイオフィジックス 生物物理学
• 分子ダイナミクス 分子ダイナミクス

背景:

• タンパク質の折りたたみの分子動力学シミュレーションのためのミリ秒のタイムスケールを達成することは,依然として課題です.
• 現在の方法は,しばしば高価なスーパーコンピュータを必要とし,アクセシビリティと速度を制限します.
• 形状データを迅速に提供できる,経済的にも正確なシミュレーション方法が必要である.

研究 の 目的:

• タンパク質の折りたたみシミュレーションのための単純な暗黙の溶媒モデルの精度を評価する.
• これらのモデルが,その限界を迅速で正確な構成データ生成で相殺できるかどうかを判断する.
• 精密な全原子シミュレーションの折りたたみを行うことができる物理ベースのモデルを実証する.

主な方法:

• 最近開発された物理ベースのモデルを使用して,分子動力学シミュレーションを行いました.
• 安価なグラフィック処理ユニット (GPU) でアンバーソフトウェアをシミュレーションに使用しました.
• 2.5ミリ秒以上のシミュレーションデータを生成し,GPUごとに1 μs/dayの速度で生成しました.

主要な成果:

• 異なる特性を有する17のタンパク質のうち16の折り畳みを成功裏にシミュレートしました.
• 14のタンパク質の誤った折り畳み構造よりも熱力学的にネイティブ構成が好ましいことを実証しました.
• 誤った折り畳み構造が好まれる3つのタンパク質を特定し,モデルの精錬のための領域を示しました.

結論:

• 開発された物理に基づいた暗黙の溶媒モデルは,ミリ秒のタイムスケールで正確な全原子シミュレーションによるタンパク質の折り畳みを可能にします.
• 安価なGPUベースのシミュレーションは,折り畳み研究のためのスーパーコンピュータの費用対効果の高い代替案を提供します.
• このモデルは,タンパク質科学における実験的アプローチとコンピューティングシミュレーションの統合を加速させるのに有望である.