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全RIKEN团队增强了一种用于模拟小分子与蛋白质之间相互作用的计算方法。这种改进有望提高新药设计的速度和准确性。
许多生物过程受称为配体的小分子与大蛋白之间的相互作用调节。由于许多药物通过模仿天然配体与蛋白质的相互作用来起作用，因此在设计新药物时准确模拟此类相互作用至关重要。
分子动力学模拟已被广泛用于模拟配体和蛋白质之间的相互作用。但是即使使用当今的超级计算机，它们也只能模拟蛋白质和配体之间的一些结合和解离事件，而实际上，配体可以多种不同方式与蛋白质相互作用。
现在，RIKEN生物系统动力学研究中心的Yuji Sugita和Suyong Re及其同事已经扩展了使用复制品交换分子动力学方法的分子动力学模拟，从而可以计算数百个结合和解离事件。
该团队通过模拟抑制剂和蛋白激酶之间的相互作用来证明其潜力。蛋白激酶是一种功能广泛的蛋白质，与多种疾病有关，包括癌症。他们增强的技术能够模拟相互作用，涉及大约100个绑定和取消绑定事件。使用K计算机进行了大约一个月的计算。相比之下，传统的分子动力学模拟技术至少要花费十倍的时间。
该方法除速度外还具有其他优点。“我们不需要结合态相互作用的先验知识，而结合态相互作用通常是通过使用X射线衍射获得的明确的晶体结构来寻找与蛋白质结合的化合物的，” Re指出。
它还将使研究人员能够研究在相互作用的早期发生的结合。Re解释说：“以前在药物设计上的许多工作都集中在最终结合状态上，但是我们的工作表明，早期结合状态也很重要，因为它们可以改变药物的命运。” “如果我们能够计算出那些早期绑定状态，那么药物设计的可能性就会大大增加-这是一个新的想法。”
对于该小组来说，这是一个激动人心的时刻，因为RIKEN将于2021年推出新的超级计算机Fugaku来取代K计算机。杉田说：“我们期望Fugaku的速度比K计算机快100倍以上。” “一个目标可能需要花费一个多月才能使用K计算机进行模拟，而使用Fugaku可能需要一天的时间。”
团队有雄心勃勃的计划。Sugita说：“我们的下一步是在浓缩的蛋白质溶液中模拟蛋白质-配体之间的相互作用。” “但是最终我们希望在活细胞中研究药物发现，这是一个全新的世界。”