PKC C1ドメインのMDシミュレーション (Gromacs, AmberTools, ZAFF)

タンパク質単独のトポロジー作成方法を以下に示す．タンパク質-リガンド複合体の場合はこちら．

Step 1. Generating Zinc-finger domain topology files using AmberTools and ZAFF

参考サイト: http://ambermd.org/tutorials/advanced/tutorial20/ZAFF.htm
1PTR.pdb (PKCδ C1Bドメイン) をProtein Data Bankからダウンロードする．
欠けた側鎖を補完し，N末とC末にGly残基を追加する (亜鉛に配位するHISとCYSが末端に位置しないように)．PymolとModellerを使用した方法については別記事を参照のこと．modeller.pdbとしてコピー．
1PTRファイル中のPRB残基 (phorbol 13-acetate) の行を分離して別ファイルにする (PRB.pdb)．

$ pdb4amber -i modeller.pdb > 1PTR_pdb4amber.pdb

1PTR中のZinc fingerはCCCH型で配位しているヒスチジンはどちらもHIE (ε-nitrogenに水素が付いている: δ-nitrogenで亜鉛に配位している) なので，上記参考サイト中の表のCenter ID 2となる．そこで，1PTR_pdb4amber.pdb中の6つのCYSの残基名をCY2, HIS2とHIS40をHE1に，2つの亜鉛ZNをZN2に修正する．タンパク質と亜鉛の間と，2つの亜鉛の間にTER行を挟んでおく (tleapを実行した際，亜鉛間に結合ができてしまう)．

ATOM    408  C   GLY    52      28.447  17.465  44.064  1.00 47.64           C  
ATOM    409  O   GLY    52      27.783  18.409  43.643  1.00 47.64           O
TER  
HETATM  410  ZN  ZN2    53      21.740  18.670  42.875  1.00 40.35          ZN  
TER
HETATM  411  ZN  ZN2    54      11.959  13.171  32.940  1.00 47.44          ZN  
END

1PTR_ZAFF.pdbとして保存．

$AMBERHOME/dat/mtkpp/ZAFF/201108/ZAFF.prepと$AMBERHOME/dat/mtkpp/ZAFF/201108/ZAFF.frcmodの2ファイルを作業ディレクトリにコピーする．

※最新のAmberTools 2019には含まれないのでZAFF Modeling Tutorialからダウンロードしてください。

AmberToolsに含まれるtleap用のinputファイルを作成 (1PTR_ZAFF_tleap.in)．Amber16からはタンパク質のための力場AMBER ff15ipqが導入されました．この力場はSPC/Eb水モデルに対して最適化されています (これまでのff14SBはTIP3P水モデルを使用する)．今回はZAFFとGAFF2を使うために，従来のff14SBを使いました．

source leaprc.protein.ff14SB #Source the ff14SB force field
source leaprc.water.tip3p #Source water parameters
addAtomTypes { { "ZN" "Zn" "sp3" } { "S2" "S" "sp3" } { "N1" "N" "sp3" } } #Add atom types for the ZAFF metal center with Center ID 2
loadamberprep ZAFF.prep #Load ZAFF prep file
loadamberparams ZAFF.frcmod #Load ZAFF frcmod file
mol = loadpdb 1PTR_ZAFF.pdb #Load the PDB file
bond mol.53.ZN mol.32.SG #Bond zinc ion with SG atom of residue CY232
bond mol.53.ZN mol.35.SG #Bond zinc ion with SG atom of residue CY235
bond mol.53.ZN mol.51.SG #Bond zinc ion with SG atom of residue CY251
bond mol.53.ZN mol.2.ND1 #Bond zinc ion with SG atom of residue HIE2
bond mol.54.ZN mol.15.SG #Bond zinc ion with SG atom of residue CY215
bond mol.54.ZN mol.18.SG #Bond zinc ion with SG atom of residue CY218
bond mol.54.ZN mol.43.SG #Bond zinc ion with SG atom of residue CY243
bond mol.54.ZN mol.40.ND1 #Bond zinc ion with SG atom of residue HIE40
savepdb mol 1PTR_ZAFF_dry.pdb #Save the pdb file
saveamberparm mol 1PTR_ZAFF_dry.prmtop 1PTR_ZAFF_dry.inpcrd #Save the topology and coordiante files
solvatebox mol TIP3PBOX 10.0 #Solvate the system using TIP3P water box
addions mol CL 0 #Neutralize the system using Cl- ions
savepdb mol 1PTR_ZAFF_solv.pdb #Save the pdb file
saveamberparm mol 1PTR_ZAFF_solv.prmtop 1PTR_ZAFF_solv.inpcrd #Save the topology and coordiante files
quit #Quit tleap

tleapを実行．

$ tleap -s -f 1PTR_ZAFF_tleap.in > 1PTR_ZAFF_tleap.out

すぐに計算終了．

Step 2. Converting Amber topology and coordinate files to Gromacs files

参考サイト: Ag++: ACPYPE.pyを使ったAMBER→Gromacs topologyの変換と注意点（バグ？）

$ acpype -p 1PTR_ZAFF_solv.prmtop -x 1PTR_ZAFF_solv.inpcrd

1秒以内に終了し，GROMACS用座標ファイル (1PTR_ZAFF_solv_GMX.gro) とGROMACS用トポロジーファイル (1PTR_ZAFF_solv_GMX.top) が生成する．

テスト: gromacsでエネルギー最小化

$ gmx grompp -f em.mdp -c 1PTR_ZAFF_solv_GMX.gro -p 1PTR_ZAFF_solv_GMX.top -o em.tpr
$ gmx mdrun -v -deffnm em

(了)