[논문 리뷰] A new strategy to evaluate aptamer binding affinity

Rosella Cataldo, Fulvio Ciriaco외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 20.

Advanced biosensing and bioanalysis techniques참고 문헌 7인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 구조적 샘플링, 강체 도킹, 그리고 Proteotronics 기반 전기 네트워크 분석을 조합하여 아편타이드 결합 친화도를 평가하기 위한 삼단계 계산 전략을 제안한다. 이 방법은 실험적 SPR 데이터와 강한 일치를 보이며, 아편타이드-수용체 결합 친화도 예측의 신뢰성을 입증한다.

ABSTRACT

Motivation: The selection of high-affinity aptamers is of paramount interest for clinical and technological applications. A computational investigation to evaluate the relative binding ability of a group of anti- Angiopoietin-2 aptamers is proposed and tested against data already available in the literature. Results: The procedure consists of three steps: a. the production of a large set of conformations for each candidate aptamer; b. the rigid docking upon the receptor; c. the topological and electrical characterization of the products. Steps a and b allow a global binding score of the ligand-receptor complexes, based on the distribution of the effective affinity, i.e. the sum of the conformational and the docking energies. Step c. employes a complex network approach (Proteotronics) to characterize the electrical properties of the aptamers and the complexes. Finally, a comparison of the theoretical results with the measurements obtained for the same aptamers in experiments on the SPR biosensor is performed, revealing a good agreement.

연구 동기 및 목표

• 항-안지오포이에틴-2 아편타이드의 결합 친화도를 평가하기 위한 신뢰할 수 있는 계산 방법을 개발하기 위해.
• 광범위한 실험적 걸러내기 없이 고친화도 아편타이드를 예측하는 데 도전하는 데에.
• 구조적, 에너제틱, 전기적 성질을 통합된 결합 친화도 평가 프레임워크에 통합하기 위해.
• 이론적 예측을 실험적 표면 플라즈몬 공 resonance (SPR) 측정치와 비교하여 검증하기 위해.

제안 방법

• 각 후보 아편타이드의 광범위한 구조적 변형 집합을 계산적 구조적 샘플링을 통해 생성한다.
• 각 아편타이드 변형을 안지오포이에틴-2 수용체에 강체 도킹하여 결합 기하학적 구조와 상호작용 에너지를 평가한다.
• 구조적 샘플링 에너지와 도킹 에너지의 합을 기반으로 전반적인 결합 점수를 계산하여 효과적인 친화도를 나타낸다.
• Proteotronics 방법을 적용하여 복잡한 네트워크 이론을 사용해 아편타이드와 그 복합체의 전기적 성질을 모델링한다.
• 이론적 결합 점수와 전기적 특성을 실험적 SPR 데이터와 관련지어 검증한다.
• 위상적 및 전기적 서술자를 사용하여 고친화도와 저친화도 아편타이드 후보를 구분한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합된 계산 접근법이 항-안지오포이에틴-2 아편타이드의 상대적 결합 친화도를 정확하게 예측할 수 있는가?
• RQ2 구조적 다양성과 도킹 에너지는 전체 결합 친화도 점수에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 Proteotronics를 통해 유도된 전기 네트워크 특성은 실험적 결합 친화도와 어느 정도 관련이 있는가?
• RQ4 구조적, 에너제틱, 전기적 특성을 통합하면 기존 방법을 초월해 아편타이드 친화도 예측 성능을 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 방법은 구조적 샘플링 에너지와 도킹 에너지의 분포를 기반으로 전반적인 결합 점수를 성공적으로 계산한다.
• Proteotronics 기반 전기 특성 분석은 아편타이드-수용체 복합체에 대해 독특하고 유의미한 서술자를 제공한다.
• 이론적 결합 점수는 실험적 표면 플라즈몬 공 resonance (SPR) 측정치와 양호한 일치를 보인다.
• 위상적 및 전기적 특성의 통합은 고친화도와 저친화도 아편타이드 간의 구분 능력을 향상시킨다.