タンパク質やDNAなどの生体高分子は、アミノ酸やDNAなどの配列に特異的な相互作用をすることが知られています。フラグメント分子軌道(FMO)法では、フラグメント間相互作用エネルギー(IFIE)を用いて、アミノ酸残基やDNA塩基単位での相互作用を明らかにすることができます。また、IFIE mapを用いて、IFIEの網羅的な解析を行うことができます。

転写因子である大腸菌CRP(cyclic-AMP結合タンパク質)とDNAとの特異的相互作用について、IFIEによる定量解析、IFIE mapによる網羅的相互作用解析を行いました。計算ソフトウェアはABINIT-MP、結果の可視化にはBioStation Viewerを用いました。計算レベルは主にFMO-MP2/6-31Gを用いました。

IFIE解析により、配列特異的なDNA-タンパク質相互作用と結合実験の結果が良く一致しました。DNA内部の塩基間相互作用やIFIE mapはタンパク質の2次構造やDNAのらせん構造とも良く対応しており、高次構造の安定性の評価をすることも可能です。生体高分子特有の高次構造と機能の解明に役立つことが期待されます。

CRPとDNAの複合体構造

左：DNAと各アミノ酸残基、右：CRPと各DNA塩基、との相互作用

IFIE mapによる網羅的解析

• K. Fukuzawa, Y. Komeiji, Y. Mochizuki, A. Kato, T. Nakano and S. Tanaka “Intra- and Inter-molecular Interactions between Cyclic-AMP Receptor Protein and DNA: Ab initio Fragment Molecular Orbital Study” J. Comp. Chem., 27, 948-960 (2006); ibid., 28, 2237-2239 (2007).
• I. Kurisaki, K. Fukuzawa, Y. Komeiji, Y. Mochizuki, T. Nakano, J. Imada, A. Chmielewski, S. M. Rothstein, H. Watanabe, S. Tanaka “Visualization Analysis of Inter-Fragment Interaction Energies of CRP-cAMP-DNA Complex Based on the Fragment Molecular Orbital Method” Biophys. Chemist. 130, 1-9 (2007).

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