Fast Side Chain Replacement in Proteins Using a Coarse-Grained Approach for Evaluating the Effects of Mutation During Evolution.
by Johan A. Grahnen, Jan Kubelka, David A. Liberles.
이 페이퍼는 2011년 Journal of Molecular Evolution 73:23-33에 올려진 페이퍼 입니다.
아래의 페이퍼와 비슷하게 저희 연구실의 졸업반 학생이 쓴 페이퍼를 개인적인 번역과 주석을 더한것입니다.
이 포스트의 목적은 순전히 저의 개인적인 이해를 돕기 위한 것입니다.
Introduction
A number of problems in evolutionary genomics increasingly rely upon an understanding of the role of structure in constraining the sequence evolution, including, the evaluation of the likelihood of observing different amino acid transitions in phylogenetics and ancestral sequence reconstruction, as well as in simulating evolution to understand both the role of structure in determining sequence evolution and the role of evolutionary and population genetic parameters in determining the distribution of protein structure.
이 문장이 길기도 긴데다 좀 중요해 보여서 몇번이고 다시읽었네요 ㅋ
Protein folding simuation에 있어서 Homology modeling approach는 기존에 있는 단백질 구조 자료를 가지고 새로운 구조를 예측합니다. 하지만 이때, 새로운 side chain의 구조를 찾는데에는 문제가 생기죠. 한편, Single substition approach는 단백질 구조의 backbone을 변경하지 않고 side chain을 최적화 시키긴 하지만, 이것또한 문제가 있다고 합니다 (an exhaustive enumeration of all the possible side chain configurations in a typical protein is not feasible).
그리고 분자역학 시뮬레이션에 있어서 all-atom approach는 불가능에 가까운 방대한 리소스를 요구한다고 설명하고 있습니다. 그래서 이러한 문제를 해결하기 위해서 Coarse-grained method가 요구됩니다 (이 method에 대한 설명은 요기에). 이 Coarse0grained method를 사용함으로써 여러개의 원자를 하나로 묶고 계산에 필요한 리소스와 시간을 아낄수 있습니다. 이 방법에는 연구의 목적에 따라서 1-bead lattice model에서 6-bead model까지 쓰인다고 하네요.
이 페이퍼에서는 단백질 구조의 2-bead coarse-grained model을 사용한 SARA(Sidechain Angular Replacement Algorithm)이 소개되었습니다. 이 SARA는 단백질 구조의 population-level에서의 계산시간을 단축시키고, 단백질 구조와 sequence의 진화 시뮬레이션에 대한 새로운 시선을 제공합니다.
Methods
사용된 2-bead coarse-grained methode에서는 Calpha와 side chain을 bead로 나타냈습니다. 여기서 Calpha는 1.8 Angstrom의 크기를 가지고 있구요. 그리고 전체의 에너지를 수식화 했는데요.
로 나타낼 수 있답니다. (와 복잡하네요)
여기서 r은 bead i와 j 간의 간격, dij는 hard-sphere radii의 합, eii는 self-interaction energy of the residue type at i, 그리고 Ec alpha는 Calpha bead의 self-interaction energy 입니다.
이러한 side chain replacement method는 C++로 구현되었고 http://www.wyomingbioinformatics.org/LiberlesGroup/SARA/ 에서 소스코드와 간단한 사용법과 함께 다운받을 수 있습니다.
