12-6-4 LJ型非結合モデルを用いて、マグネシウム-DNAシステムのモデル化

AMBER力場で12-6-4 LJ型非結合モデルを構築するための例として：DNA断片（PDB ID:1D23）を扱う。パラメータは、Liとメルツ[1]からのものである。Pantevaらの研究は、研究した非結合モデルの中ではSPC/E水を使用した12-6-4モデルが最良あることを示した[2]。ここで例でも、SPC/E水モデルを使用する。

1.PDBファイルの変更(effort: several minutes)

元のPDBファイルは、1D23.pdbである。水素原子はついていない。tleapは自動的に次のステップで水素原子を追加する。もしくはwebserver H++を使用して水素原子を追加することも可能で、その場合はより正確に水素原子付加状態を決めることになる。詳細はMCPB.py tutorialを参考にする。

コマンドを実行する。:

awk '$1=="ATOM" || $1=="HETATM" || $1=="TER" || $1=="END"' 1D23.pdb > 1D23_clean.pdb

変更後のpdbファイルはここに置いてある。: 1D23_clean.pdb.

2.トポロジー(topology)と座標(coordinate)ファイルの作成(effort: several minutes):

このステップでは、手動で入力ファイルを作成する必要がある。入力ファイルは、 tleap_1264.inです。

以下は、入力ファイルの説明で: (備忘録: 原子イオンのための12-6-4パラメータセットをロードする。)

source leaprc.ff12SB #Source the ff12SB force field loadoff atomic_ions.lib #Load the atomic ions library file loadamberparams frcmod.ionslm_1264_spce #Load the 12-6-4 parameter set for divalent metal ions for SPC/E water model mol = loadpdb 1D23_clean.pdb #Load the PDB file solvatebox mol SPCBOX 10.0 #Add water box loadamberparams frcmod.spce #Load frcmod file for SPC/E water model addions mol MG 0 #Neutralize the system with Mg2+ ions, here MG is the unit name savepdb mol 1D23_solv.pdb #Save PDB file saveamberparm mol 1D23_solv.prmtop 1D23_solv.inpcrd #Save topology and coordiante files quit #Quit the program

次のコマンドを実行し、トポロジー(topology)と座標(coordinate)ファイルを作成する。:

tleap -s -f tleap_1264.in > tleap_1264.out

3. C₄項をトポロジーファイルに加える。 (effort: several minutes):

このステップでは、トポロジーファイルの最後にC₄項を追加するために、ParmEdを使用する必要がある。詳細はアンバーマニュアルでParmEdソフトのadd12_6_4コマンドを確認する。ParmEdは、（仮に12-6-4 modelを複数のイオンで使う場合）複数種のイオンに対するC₄項を加えることができ、add12_6_4コマンドでamber maskを特定化できる。
ParmEdの入力ファイルは、 1264_parmed.inである。

コマンドを実行:

parmed.py -n -O 1D23_solv.prmtop 1264_parmed.in

以下の行が、1D23_solv_1264.prmtopファイルの最後に追加され、それはシステムのC₄項である。

%FLAG LENNARD_JONES_CCOEF %COMMENT For 12-6-4 potential used for divalent metal ions %FORMAT(5E16.8) 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 3.27502770E+01 5.39067867E+01 8.97882271E+01 3.27502770E+01 5.39067867E+01 3.27502770E+01 9.22423823E+01 1.14414404E+02 3.27502770E+01 3.27502770E+01 3.27502770E+01 4.81522161E+01 3.27502770E+01 1.30154848E+02 3.27502770E+01 4.06204986E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 1.22200000E+02 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00 0.00000000E+00

コマンド実行後、新しいファイル
1D23_solv_1264.prmtop と 1D23_solv_1264.inpcrd
をシミュレーションを実行するために使用できる。。入力ファイルの制御リストに「lj1264 = 1」を追加していることを確認する。（lj1264の詳細については、マニュアルで確認）。

References:

[1] Pengfei Li and Kenneth M. Merz, Jr. "Taking into Account the Ion-Induced Dipole Interaction in the Nonbonded Model of Ions", J. Chem. Theory Comput., 2014, 10, 289-297

[2] Maria T. Panteva, George M. Giambasu, Darrin M. York "Comparison of Structural, Thermodynamic, Kinetic and Mass Transport Properties of Mg2+ Ion Models Commonly Used in Biomolecular Simulations", J. Comput. Chem., 2015, Accepted