アミノ酸残基の寄与に基づくタンパク質相互作用自由エネルギーモデル。T4リゾチームの点突然変異安定性の評価

A protein interaction free energy model based on amino acid residue contributions: Assessment of point mutation stability of T4 lysozyme.

• Lawrence J Williams
• Brian J Schendt
• Zachary R Fritz
• Yonatan Attali
• Robert H Lavroff
• Martin L Yarmush

抄録

ここでは、与えられたタンパク質の各アミノ酸残基の相互作用自由エネルギー寄与を推定するモデルを提示します。タンパク質の相互作用エネルギーは、残基ごとの相互作用因子、μの観点から記述されます。多体相互作用は、局所的な構造指標(σ)によって導かれるアミノ酸項(γ)の組み合わせを通して、暗黙的にμに捕捉されます。このモデルは、与えられたフォールド内のタンパク質の相互作用因子ヒートマップの構築を可能にし、残基-残基間の相互作用の程度の初歩的な評価を可能にし、タンパク質の結合特性の定性的および定量的な評価を容易にします。このモデルは、7つの部位にまたがるT4バクテリオファージリゾチーム変異体の熱安定性を計算するために使用されました。突然変異の効果の質的評価は、特定の部位が主にネイティブな状態と非ネイティブな状態、またはその両方に影響を与えるのかどうかについての簡単な根拠を提供します。提示されたモデルは実験的な突然変異データ（=0.73）とよく一致しており、構造空間をエネルギー空間に変換するためのアプローチを示唆している。

Here we present a model to estimate the interaction free energy contribution of each amino acid residue of a given protein. Protein interaction energy is described in terms of per-residue interaction factors, μ. Multibody interactions are implicitly captured in μ through the combination of amino acid terms (γ) guided by local conformation indices (σ). The model enables construction of an interaction factor heat map for a protein in a given fold, allows prima facie assessment of the degree of residue-residue interaction, and facilitates a qualitative and quantitative evaluation of protein association properties. The model was used to compute thermal stability of T4 bacteriophage lysozyme mutants across seven sites. Qualitative assessment of mutational effects provides a straightforward rationale regarding whether a particular site primarily perturbs native or non-native states, or both. The presented model was found to be in good agreement with experimental mutational data ( = 0.73) and suggests an approach by which to convert structure space into energy space.