(Note: These tutorials are meant to provide
illustrative examples of how to use the AMBER software suite to carry out
simulations that can be run on a simple workstation in a reasonable period of
time. They do not necessarily provide the optimal choice of parameters or
methods for the particular application area.)
Copyright McGee, Miller, and Swails 2009
AMBER ADVANCED TUTORIALS
TUTORIAL 3 - SECTION 3.2
Python Script MMPBSA.py
Dwight McGee, Bill Miller III, and Jason Swails
1) 出発構造を構築、平衡化したシステムを取得のシミュレーション実行
このシミュレーションでモデル化するシステムは、エストロゲン受容体タンパク質およびラロキシフェンリガンドのタンパク質-リガンド複合体である。複合体の前準備PDBファイル：
この構造には、以前エストロゲン受容体タンパク質にドッキングされたラロキシフェンと呼ばれるリガンドとその受容体タンパク質が含まれている。 :
このシステムは、Section 1におけるRas-Rafのシステムと同様に構成された。出発構造を構築し、システムを平衡化をさすためのシミュレーションを実行する方法については、Section 1とSection 2 を参照する。ラロキシフェンのための適切なパラメータを取得するためにantechamberを使用する。詳細な手順についてサスティバチュートリアル（Basic 4）Sustiva Tutorial (Basic 4) を参照する。
MMPBSA.pyを使用して、結合自由エネルギーを計算するためのMD シミュレーションに重要なファイルは、トポロジーファイルとmdcrdファイルである。 (Est_Rec_top_mdcrd.tgz)
2) エストロゲン受容体およびラロキシフェンの結合自由エネルギーの計算
複合体、受容体とリガンドの溶媒和自由エネルギーと相互作用エネルギーを計算し、結合自由エネルギーの推定値を得るために、結果を平均する。チュートリアルのこの部分では結合に寄与するエントロピーの計算を実行しないので、厳密には、その結果は真の自由エネルギーを示さないが、同様のシステム間での比較に使用することはできる。Normal Mode Analysis (Nmode)の例としては、Section 3.5 にはAMBERのptrajモジュールを使用しQuasi-Harmonicエントロピー計算を実行するために、システムのエントロピーの寄与を計算したり、下記入力ファイルの&general namelistの最後の行をコメントアウトしている。
MM-GBSA法とMM-PBSA法を比較するため両方を使用して結合エネルギー計算をする。MMPBSA.pyでは、以下の入力ファイルを用いて行う。::
| mmpbsa.in |
Input file for running PB and GB &general endframe=50, keep_files=2, / &gb igb=2, saltcon=0.100, / &pb istrng=0.100, / |
MMPBSA.py用の入力ファイルは、AMBERのsanderモジュールのmdinファイルの設定に同様になるように設計されている。各名前リストは、ampersand (&)で開始し次に名前リストが続く。また、名前リストの終了はbackslash (/)または'&end'で表す。すべての変数の完全なリストは、ユーザーズマニュアルhereを参照する。入力ファイルは、general, pb, と gbの3つの名前リストに分割されている。一般的な名前リストは、計算の特定の部分に変数を指定するのではなく、すべての部分に変数を指定するように設計されている。このセットアップでは、受容体をRAS、リガンドはラロキシフェンと定義した。'endframe'変数はmdcrdの何フレームで終了するかをセットする。'&gb'と '&pb' ネームリストマーカーは、スクリプトでそれらの名前リスト内で定義された指定された値でMM-GBSAとMM-PBSA計算を実行するかを決めている。
4つのPythonスクリプト（MMPBSA.py、utils.py、alamdcrd.py、およびinputparse.py）は、インストール時に$AMBERHOME/bin/に置かれている必要がある。スクリプトは、サンダーとpmemdで使用されるものと同様のコマンドラインフラグを使用し（上記の入力ファイルを使用）開始することができる。
$AMBERHOME/bin/MMPBSA.py -O -i mmpbsa.in -o FINAL_RESULTS_MMPBSA.dat -sp 1err.solvated.prmtop -cp complex.prmtop -rp receptor.prmtop -lp ligand.prmtop -y *.mdcrd
このコマンドは、対話的にスクリプトを実行し、計算の進捗状況をstdoutとエラーや警告をstderrへ表示する。計算が終わると、計算の各ステップの間に要した時間を示す。
コマンドライン引数は、シェル認識ワイルドカード（すなわち、*およびbashでは？）で与えることができる。たとえば、コマンドラインで '-y *.mdcrd'は作業ディレクトリ内の '.mdcrd'で終わるすべてのファイルを読み込み、trajectoryとして解析するために使用することをスクリプトに指示する。
ここで、このスクリプトによって作成されたすべての出力ファイルは、: pb_gb_output2.tgz.
スクリプトはptrajを使用して、GBとPBの計算中に分析されたcoordinateである3つの非溶媒和 mdcrdファイル（複合体、受容体、およびリガンド）を作成する。*.mdoutファイルは指定されたすべてのフレームに対するエネルギーを含んでいる。平均構造のPDBファイルには、要求された場合 ptrajによりquasi-harmonicエントロピー計算ための準備するためにすべての一連のスナップショット（RMSを介して）が作成される。MMPBSA.pyによって作成されたすべてのファイルは、最終的な出力ファイルを除き、接頭辞「_MMPBSA_ 'で始まる。 FINAL_RESULTS_MMPBSA.dat
| FINAL_RESULTS_MMPBSA.dat |
| Run on Thu Feb 11 12:44:26 EST 2010 |Input file: |-------------------------------------------------------------- |Input file for running PB and GB |&general | endframe=50, keep_files=2, |/ |&gb | igb=2, saltcon=0.100, |/ |&pb | istrng=0.100, |/ |-------------------------------------------------------------- |Solvated complex topology file: 1err.solvated.prmtop |Complex topology file: complex.prmtop |Receptor topology file: receptor.prmtop |Ligand topology file: ligand.prmtop |Initial mdcrd(s): 1err_prod.mdcrd | |Best guess for receptor mask: ":1-240" |Best guess for ligand mask: ":241" |Ligand residue name is "RAL" | |Calculations performed using 50 frames. |Poisson Boltzmann calculations performed using internal PBSA solver in sander. | |All units are reported in kcal/mole. ------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------- GENERALIZED BORN: Complex: Energy Component Average Std. Dev. Std. Err. of Mean ------------------------------------------------------------------------------- VDWAALS -2013.3801 20.3021 2.8712 EEL -16938.6450 85.7631 12.1287 EGB -3507.0086 67.7839 9.5861 ESURF 97.5448 1.3301 0.1881 G gas -18952.0251 88.1333 12.4639 G solv -3409.4639 67.7969 9.5879 TOTAL -22361.4889 47.1982 6.6748 Receptor: Energy Component Average Std. Dev. Std. Err. of Mean ------------------------------------------------------------------------------- VDWAALS -1955.2272 19.2311 2.7197 EEL -16895.0354 85.5797 12.1028 EGB -3528.7276 68.3585 9.6673 ESURF 101.2613 1.3071 0.1849 G gas -18850.2626 87.7138 12.4046 G solv -3427.4663 68.3710 9.6691 TOTAL -22277.7288 48.1057 6.8032 Ligand: Energy Component Average Std. Dev. Std. Err. of Mean ------------------------------------------------------------------------------- VDWAALS -1.8595 2.0516 0.2901 EEL -5.5796 2.0333 0.2876 EGB -28.4863 0.6040 0.0854 ESURF 4.4326 0.0462 0.0065 G gas -7.4391 2.8885 0.4085 G solv -24.0538 0.6058 0.0857 TOTAL -31.4929 5.0748 0.7177 Differences (Complex - Receptor - Ligand): Energy Component Average Std. Dev. Std. Err. of Mean ------------------------------------------------------------------------------- VDWAALS -56.2934 2.9265 0.4139 EEL -38.0300 3.2114 0.4542 EGB 50.2053 2.5869 0.3658 ESURF -8.1491 0.2589 0.0366 DELTA G gas -94.3234 4.3449 0.6145 DELTA G solv 42.0562 2.5999 0.3677 DELTA G binding = -52.2672 +/- 2.4568 0.3475 ------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------- POISSON BOLTZMANN: Complex: Energy Component Average Std. Dev. Std. Err. of Mean ------------------------------------------------------------------------------- VDWAALS -2013.3801 20.3021 2.8712 EEL -16938.6450 85.7631 12.1287 EPB -3329.1708 67.0354 9.4802 ECAVITY 68.2656 0.5195 0.0735 G gas -18952.0251 7767.4837 1098.4881 G solv -3260.9052 67.0374 9.4805 TOTAL -5265.0831 49.0426 6.9357 Receptor: Energy Component Average Std. Dev. Std. Err. of Mean ------------------------------------------------------------------------------- VDWAALS -1955.2272 19.2311 2.7197 EEL -16895.0354 85.5797 12.1028 EPB -3355.4746 67.3299 9.5219 ECAVITY 70.1184 0.5285 0.0747 G gas -18850.2626 7693.7163 1088.0558 G solv -3285.3562 67.3320 9.5222 TOTAL -5279.4509 50.4067 7.1286 Ligand: Energy Component Average Std. Dev. Std. Err. of Mean ------------------------------------------------------------------------------- VDWAALS -1.8595 2.0516 0.2901 EEL -5.5796 2.0333 0.2876 EPB -31.3364 0.6953 0.0983 ECAVITY 3.1896 0.0288 0.0041 G gas -7.4391 8.3434 1.1799 G solv -28.1468 0.6959 0.0984 TOTAL 56.0934 5.0476 0.7138 Differences (Complex - Receptor - Ligand): Energy Component Average Std. Dev. Std. Err. of Mean ------------------------------------------------------------------------------- VDWAALS -56.2934 2.9265 0.4139 EEL -38.0300 3.2114 0.4542 EPB 57.6402 3.0642 0.4333 ECAVITY -5.0423 0.1683 0.0238 DELTA G gas -94.3234 18.8778 2.6697 DELTA G solv 52.5978 3.0688 0.4340 DELTA G binding = -41.7256 +/- 2.9618 0.4189 ------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------- |
統計ファイルの先頭には、日付/時刻が含まれ、得られた値やファイルに基づいたすべての警告、mmpbsa.in テキスト、スクリプトにより使用されたファイル、分析されたフレームの数、および使用されたPBソルバ（もしあれば）が置かれる。統計ファイルの残りの部分には、すべての平均エネルギー、標準偏差、およびPB続きGBによって出された平均の標準誤差を含んでいる。各セクションの後、結合のΔGは、エラー値と一緒に与えられる。ファイル内の別の用語の意味は次のとおりである。:
VDWAALS = van der Waals contribution from MM.
EEL = electrostatic energy as calculated by the MM force field.
EPB/EGB = the electrostatic contribution to the solvation free energy calculated by PB or GB respectively.
ECAVITY = nonpolar contribution to the solvation free energy calculated by an empirical model.
DELTA G binding = final estimated binding free energy calculated from the terms above. (kCal/mol)
受容体とリガンドの接合ポテンシャル項の値が、単一のtrajectoryアプローチを使用した複合体接合ポテンシャルを正確にキャンセルする必要があるので、全ガス相エネルギーが報告されていないことに注意する。エネルギーが許容公差内でキャンセルしない場合は、エラーメッセージが発生する。
一般的に複合体形成に有利な静電エネルギーと不利な溶媒和自由エネルギーを予測する。これは、結合粒子の脱溶媒和することと, それらを結合インタフェースに整列させるために使用しなければならないエネルギーを象徴している。
負の全結合自由エネルギー-86.36キロカロリー/モルから、純水中ではこのタンパク質-タンパク質複合体は形成されるが、複合体形成に不利なエントロピーの寄与を推定しなかったので、結果は実際の結合自由エネルギーに等しくないことを心に留めておく。GBのアプローチは、わずかに低い結合エネルギーを与えるが、それでもこれは、複合体を形成する傾向にあることを示唆していることに注意する。
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(Note: These tutorials are meant to provide
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