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양자역학으로 π-π interaction 에너지 계산을 통한 ligand binding energy 분석 원문보기

EDISON SW 활용 경진대회 논문집. 제2회(2013년), 2013 Apr. 17, 2013년, pp.89 - 100  

이승진 (고려대 생명정보공학과) ,  윤지희 (고려대 생명정보공학과) ,  장성민 (고려대 생명정보공학과)

초록
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생물정보학의 다양한 이론적 내용과 계산적 방법들이 갈수록 전문화 되어짐에 따라 신약 개발, 신 물질 합성, 단백질의 구조 예측 등 다양한 분야에서 필요성이 커져가고 있다. 이 중 molecular docking 기술은 단백질과 특정 분자간의 결합 형태를 분자 모델링 기법을 통해 알아내는 방법이며 신약개발 연구에 큰 영향을 미치고 있다. Molecular docking을 통하여 분자간의 결합 형태를 예측하는 과정에서 Protein-ligand complex의 정확한 에너지 측정을 가능하게 하는 scoring function이 필요하다. 그런데 본 연구에서 사용한 B-Raf kinase protein 은 active site 부분에서 ligand와 receptor 간에 aromatic ring로 인한 ${\pi}-{\pi}$ interaction이 정확한 에너지 계산을 어렵게 한다. 이러한 ${\pi}-{\pi}$ interaction 부분의 에너지를 정확하게 계산하기 위해 양자역학 계산을 실시하였다. Active site 부분에서 ligand와 receptor에서 발생하는 각각 다른 5개의 ${\pi}-{\pi}$ interaction 구조를 준비하여 Gaussian을 통해 양자역학 에너지를 계산하였다. 그리고 이러한 결과 값들이 ligand의 활성 값과 어떤 상관관계를 갖는지 살펴보았다. 그 결과 ${\pi}-{\pi}$ interaction을 양자역학으로 계산한 값이 그렇지 않은 것보다 더 좋은 상관관계를 보여주었다. 이는 특별한 구조의 영향으로 ligand와 receptor 간의 결합에너지를 정확하게 계산하기 어려운 문제에서 양자역학을 적용할 경우 더욱 좋은 결과값을 얻을 수 있었다. 또한 이러한 데이터가 신 물질 개발이나 신약 개발 등의 다양한 분야에서 계산화학 방법이 신뢰성을 얻는데 도움 될 수 있다고 생각된다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 B-Raf protein 의 active site 에서 receptor-ligand 의 결합에너지를 측정하는 과정에서 π–π interaction 때문에 정확하게 측정하기 어려운 문제점을 양자역학 계산을 통해서 정확도를 높이는 방법을 살펴보았다. Gaussian 을 이용한 양자역학 에너지 계산은 π–π interaction 같은 정확한 에너지 계산이 어려운 구조의 문제점을 해결하는데 도움을 줄 수 있다.
  • 이번 연구에서는 scoring function 에 단백질과 리간드의 방향족 고리 화합물의 사이의 π-π interaction energy 을 고려하여 리간드의 활성도를 정확하게 예측하고 정확도를 향상시키는 것이다. 연구에 사용된 표적 단백질은 B-raf 로 그 저해제로 실험적으로 알려진 benzimidazoles drivatives 를 리간드로 사용하여 실질적인 실험 값과 예측된 에너지 값의 연관성을 보고자 하였다. (그림 1) B-Raf 는 성장 신호 전달 단백질 인산화 효소인 Raf kinase family 의 하나로 세포 분열, 분화 등에 영향을 주는 MAP kinase/ERKs 신호경로를 조절하는 역할을 한다.
  • 이번 연구에서는 scoring function 에 단백질과 리간드의 방향족 고리 화합물의 사이의 π-π interaction energy 을 고려하여 리간드의 활성도를 정확하게 예측하고 정확도를 향상시키는 것이다.
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