myPresto 5.0- sievgene_DIAV -USER MANUAL
2018/1/11

Copyright (C) 2006-2018 Next Generation Natural Product Chemistry (N2PC)

目次
１．はじめに .......................................................................................................................... 3
２．sievgene_DIAV のインストールとテスト計算の実行 ...................................................... 4
２．１．インストール方法................................................................................................. 4
２．２．テスト計算の実行方法 ......................................................................................... 4
３．sievgene_DIAV の使い方 ................................................................................................. 5
３．１．実行コマンド ........................................................................................................ 5
３．２．使用方法 ............................................................................................................... 5
３．２．１．実行手順 .................................................................................................... 5
３．２．２．出力情報 .................................................................................................... 9
４．サンプルの実行 ..............................................................................................................11４．１．固定原子を含まないトラジェクトリファイルの出力と ANALYZE 機能 .............. 12
４．２．全原子トラジェクトリファイルの出力と ANALYZE 機能 .................................... 13

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１．はじめに本ドキュメントでは、タンパク質とリガンドとの結合自由エネルギーを見積もる解析ツール(sievgene_DIAV)のインストールから実行までの操作を説明します。

２．sievgene_DIAV 機能概要
sievgene_DIAV は、タンパク質とリガンドとの結合自由エネルギー値を算出するプログラ
ムで、myPresto の一部として提供されているタンパク質と低分子化合物とのドッキング計
算用プログラム sievgene を拡張したものです。
sievgene_DIAV は、タンパク質と低分子化合物との複合体の MD 計算で得られた座標トラ
ジェクトリを読み込み、MD 中に発生したドッキングポーズを対象として、DIAV 法（DIAV_L,
DIAV_LC）の自由エネルギー(ΔG)と sievgene スコアを計算し、両者の計算結果から得られた結合自由エネルギー(ΔGc)を出力します。DIAV 法は、タンパク質とリガンドとの結合自由エネルギーを概算する方法として考案された DIA(direct interatction approximation)法の１つで、真空中で DIA 法を用いた計算方法(DIA without solvent)です。
sievgene_DIAV を実行するためには、事前にタンパク質・リガンド複合体の MD 計算を実行し、次のファイルを作成しておく必要があります。
・ トポロジーファイル(*.tpl) (MD 計算に使用)・ PDB ファイル(*.pdb)(MD 計算に使用)

・ 座標トラジェクトリファイル(*.cor) (MD 計算の出力ファイル)
また、sievgene_DIAV 実行前に以下のファイルを用意します。
・ タンパク質・リガンド残基指定ファイル
・ sievgene_DIAV 制御ファイル
制御
ファイル

topology

cosgene(MD)

タンパク質・
リガンド残基指定ファイルTRJECTORY

PDB

sievgene_DIAVΔG(DIAV_L)
ΔG(DIAV_LC)
ΔGc(DIAV_L)
ΔGc(DIAV_LC)
sievgene_DIAV のシステム概要

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２．sievgene_DIAV のインストールとテスト計算の実行
sievgene_DIAV は、Linux/Unix 上で動作します。GNU の FORTRAN コンパイラ(gfortran)、
もしくは、Intel の FORTRAN コンパイラが必要です。Intel の FORTRAN コンパイラが利用可
能な場合は、そちらを使用することをおすすめします。そちらのコンパイラで作成した実行ファイルの方が、計算速度が速いです。
２．１．インストール方法
sievgene_DIAVyymmdd.tar.gz を、ユーザーのホームディレクトリ等、書き込み可能なディレクトリに置いてから、以下のコマンドを実行してください。(yymmdd は年月日を示す数
字が入ります。以下のコマンド例における%は、コマンドプロンプトを表しています。この%は入力しません。)% tar –xzvf sievgene_DIAVyymmdd.tar.gz% cd sievgene_DIAVyymmdd
次の２つのコマンドは、いずれか一方のみを実行してください。
% bin/install.sh(gfortran を使用する場合)% bin/install.sh intel(ifort を使用する場合)

sievgene_DIAVyymmdd/bin の下に、sievgene_DIAV が作成されていたら、インストールが完了しています。
２．２．テスト計算の実行方法
次のコマンドを実行すると、sample-all/の下に用意したデータファイルを用いたテスト
計算を開始します。
% bin/test_sample-all.sh
出力先は、sievgene_DIAVyymmdd/test_sample-all/です。
また、次のコマンドを実行すると sample-fix/の下に用意したデータファイルを用いたテスト計算を開始します。
% bin/test_sample-fix.sh
出力先は、sievgene_DIAVyymmdd/test_sample-fix/です。
これらのテスト計算を実行することにより、sievgene_DIAV の実行ファイルおよび入力ファ
イルに問題がないことを確認できます。

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３．sievgene_DIAV の使い方
３．１．実行コマンド
sievgene_DIAV は下記のコマンドで起動します。
% (path)/sievgene_DIAV < (control file)
例えば、% ../bin/sievgene_DIAV < diav_siev.inp
これは、カレントディレクトリ(現在作業をしているディレクトリ)から sievgene_DIAV への相対パスを指定した例です。例えば、sievgene_DIAV/work/がカレントディレクトリの場
合には、このように”../bin”が sievgene_DIAV への相対パスになります。
３．２．使用方法
sievgene_DIAV の実行手順と出力について説明します。
３．２．１．実行手順
下記の手順を行ってください。
(1)入力ファイルの準備
sievgene_DIAV が入力する下記のファイルを用意してください。
(1-1)MD を実行した際の複合体を含む系のトポロジーファイル(1-2)MD を実行した際の複合体を含む系の初期座標 PDB ファイル(1-3)MD を実行した際の座標トラジェクトリファイル(1-4)タンパク質と化合物を指定するタンパク質・リガンド残基指定ファイル(2)制御ファイルの指定
sievgene_DIAV の制御ファイルに下記の変更を行ってください。
(2-1)タンパク質・リガンド残基指定の追加
INPUT フェーズでのオプションにタンパク質・リガンド残基指定ファイルを指定する「CMBREA= READ」と「NAMECM=タンパク質・リガンド残基指定ファイル名」を追加して下さ
い。

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タンパク質・リガンド残基指定ファイルの書式は下記の通りで、タンパクと化合物の残基を指定します。
書式：
タンパク質・リガンド残基指定は、以下の行で構成される。
[構造指定行 [残基指定行] ..] ..
構造指定行は以下の文字列で記述する。
COMBINE> LIST
残基指定行は以下の構文で指定する。
種別は"PRO"(タンパク質)、"LIG"(化合物)の２種とし、指定しない残基はその他の種別とする。
残基名の"*"はワイルドカードを示す。
種別 先頭チェイン番号 最終チェイン番号 先頭残基番号 最終残基番号 残基名COMBINE> LIST
PRO 1
1 1 1000
LIG 2
2 1 1000**

タンパク質・リガンド残基指定ファイル例

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(2-2)ANALYZE フェーズ指定の追加
ANALYZE フェーズのオプションで、トラジェクトリファイル、サンプリングの範囲、DIAの計算パラメータ、ΔGc の計算パラメータを指定します。
以下２点の修正を制御ファイルに行ってください。
・トラジェクトリファイル指定
ANALYZE フェーズに読み込むトラジェクトリファイルの形式(DATATYpe)とトラジェクト
リファイル名(NAMETR)を指定して下さい。
EXE> ANANAMETR=DATATY=

md.corCOR4・トラジェクトリの読み込み区間
トラジェクトリの読み込み区間(開始時刻、終了時刻)を指定し、DIA 計算を計算する場合
は計算指定を示す"COMBIN= YES"を追加して下さい。
EXE> ANANAMETR=DATATY=

md.corCOR4COMBIN=
STARTT=
ENDTIM=

YES
0.50D0
1.0D0; start time(PS); end time(PS)7/15

・DIAV_L 計算、DIAV_LC 計算
ΔG およびΔGc 計算の計算条件では、下記の項目をオプションで指定できます。
表 DIA 計算指定用オプション
項番

項目

キーワード

値

内容

1

vdW 計算式指定

CMBVDW

選択型

vdW の計算式:12 乗-6 乗

9-6:9 乗-6 乗

8-4:8 乗-4 乗(デフォルト)

DIAVDW

実数型

vdW 平均係数(α)：デフォルト= 0.0416d0

3

DIAELE

実数型

静電平均係数(β):デフォルト= 0.0090d0

4

DIADIT

実数型

二 面 角 揺 ら ぎ 項 係 数 ( τ ): デ フ ォ ル ト =2

DIAV 項12-6-2.0797d-4
5

DIAROT

実数型

回転可能結合角の係数 w1(0.1)

6

DIARNG

実数型環の回転可能結合角の係数 w2(0.1)

DICVDW

実数型

vdW 平均係数(α):デフォルト= 0.0307d0

8

DICELE

実数型

静電平均係数(β):デフォルト= 0.0090d0

9

DICDIT

実数型

二 面 角 揺 ら ぎ 項 係 数 ( τ ): デ フ ォ ル ト =7

DIAV_C 項-2.0797d-4
10

DICROT

実数型

回転可能結合角の係数 w1(0.1)

11

DICRNG

実数型環の回転可能結合角の係数 w2(0.1)

12

ESTWAT

選択型

DIAV_C 計算の適用(NO | YES)

13

COEWAT

実数型

残基接触系数(γ):デフォルト= -0.00613d0

14CONTAC選択型

原子接触判定方法
ALL

: 全原子

HEAVy ：重原子のみ
15

CONTAV

実数型

残基接触平均数の統計値:デフォルト=73.51 個

16

蛋白揺らぎ項VARASA

実数型

ASA 分散係数(τ):デフォルト= -2.0797d-417低分子の回転可 ESTROT

選択型

化合物回転角⊿G 推算機能の使用(NO | YES)

18

能な結合角での TEMPER

実数型

系の温度(300K)

WEISCR

実数型

スコアのΔG 換算係数(S):デフォルト=0.01

WEIDGE

実数型

ΔGc 計算の重み(λ):デフォルト=1.0⊿G 推算機能19
20⊿Gc 計算8/15

３．２．２．出力情報(1)DIAV 計算結果の出力
DIAV_L, DIAV_LC でのΔG 計算結果は、下記のフォーマットで出力されます。
INFORMATION> EXTENDED LINEAR INTERACTION ENERGY
total vdW average= -182.484902575192
total vdW variant=
1.80434541680490
total dielectric average =28.3203051038840
total dielectriv variant =2.15154863530881
total A.S.A variant= 0.000000000000000E+000
total Torsion variant=
6329.92942164976(1) DIAV estimation(a) vdW average coefficient= 4.160000000000001E-002(b) dielectric average coefficient = 8.999999999999999E-003(c) A.S.A variant coefficient= 0.000000000000000E+000(d) torsion variant coefficient= -1.000000000000000E-006

DIAV 評価

energy = a * average(vdW)+ b * average(dielectric)+ c * variant(A.S.A)+ d * variant(torsion)energy = -7.59137194712799+ 0.254882745934956+ 0.000000000000000E+000+ -6.329929421649762E-003(2) DIAV_C estimation(a) vdW average coefficient= 4.160000000000001E-002(b) dielectric average coefficient = 8.999999999999999E-003(c) A.S.A variant coefficient= 0.000000000000000E+000(d) Tors. variant coefficient= -2.000000000000000E-006
CONTACT AVERAGE(CURRENT)= 68.5448752696852
CONTACT AVERAGE(STATISTICS) = 73.5100000000000

DIAV_C 評価(3-1) add estimate energy of ligand freedom (DIAV_L)(d) rotatable node : number =8: coeff = 0.100000000000000: energy = 0.523963146752324(e) number of rings=
5
rotatable tor. : number =10rotatable - 3 * rings =-5: coeff = 0.200000000000000
rotatable ring : energy = -0.654953933440405

化合物評価@# DG by DIAV_L=-7.4738(3-2) add estimate energy of ligand freedom (DIAV_LC)(f) rotatable node : number =8: coeff = 0.300000000000000: energy =1.57188944025697(e) number of rings=
5
rotatable tor. : number =10rotatable - 3 * rings =-5: coeff = 0.400000000000000
rotatable ring : energy = -1.30990786688081@# DG by DIAV_LC =-7.7011

ΔG 評価値
化合物評価

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ΔG 評価値

(2)コンセンサスΔG(ΔGc)と sievgene スコア値の出力コンセンサスΔG(ΔGc)と sievgene スコア値は下記のフォーマットで出力されます。
INFORMATION> GRID SIZENUMBER OF GRID :60
SAMPLING POINT NUMBER :34
GRID BOUND :X-AXIS: -8.583733- 9.928724
Y-AXIS: -11.04456- 11.70127
Z-AXIS: -2.849600- 19.23287
1 PARTCLE SIZE:
0.3137704
0.3855225
0.3742791

1 ステップ目 Grid
生成

INFORMATION> SEARCH A.S.A FOR GRID POTENTIAL
A.S.A NUMBER :19305
INFORMATION> GENERATING A.S.A. GRID
10% 20% 30% 40%
50% 60%70%80%

90% 100%

INFORMATION> GENERATING COULOMB GRID
10% 20% 30% 40%
50% 60% 70%

80%

90% 100%

INFORMATION> GENERATING HYDROGEN GRID
10% 20% 30% 40%
50% 60% 70%

80%

90% 100%

ASA: -277.55 ELE:

5.71 HYD:-4.33 VDW:

-6.80 SCR: -282.97

1 ステップ目スコア：
INFORMATION> CONSENSUS SCORE PARAMETERSCORE CONVERT VALUE: 1.000000000000000E-002
ESTIMATED DELTA G : -2.842429
WEIGHT OF DELTA G : 0.900000000000000

コンセンサスΔG 計算
スコア換算係数
スコア由来ΔG
λ値@# DGC by DIAV_L =-6.6227@# DGC by DIAV_LC =-7.1488@# SIEVGENE SCORE AVERAGE : -284.243 VARIANT :ΔGC(DIAV_L)
ΔGC(DIAV_LC)
sievgene スコア平均

10/15

31.846

４．サンプルの実行
蛋白とリガンドの系において、リガンドの原子を中心に半径 10Åを自由原子とした MD を行い、自由原子のみの座標トラジェクトリと全原子の座標トラジェクトリに対する複合体
結合自由エネルギー計算を行うケースのサンプルを付属しました。

蛋白とリガンドの自由原子範囲(左：MD 開始時、右：MD 終了時)

11/15

４．１．固定原子を含まないトラジェクトリファイルの出力と ANALYZE 機能(1)サンプルの解凍
sievgene_DIAV.tar.gz の解凍後の"sample-fix"ディレクトリに移動して下さい。
(2)MD の実行
"sample-fix"ディレクトリで、固定原子を含む系の MD を実行します。
cosgene を使用し、"cosgene < md.inp"を実行すると、自由原子の座標トラジェクトリ
ファイル"md.cor"が作成されます。(cosgene の設定方法については、本マニュアルではセ説明していません。cosgene のマニュアルを参照してください。)-rw-rw-r-- 1 kuro kuro 463200 Dec 25 16:20 sample-fix/md.cor(3)sievgene の実行"sample-fix"ディレクトリで、自由原子の座標トラジェクトリファイルを使用した
sievgene スコアの解析を実行します。
インストールした sievgne を使用し、"sievgene_DIAV < diav_siev.inp"を実行すると、標準出力に sievgene スコア解析結果が表示されます。
@# DG by DIAV_L@# DG by DIAV_LC==-7.1496-7.7635

INFORMATION> CONSENSUS SCORE PARAMETERSCORE CONVERT VALUE: 1.000000000000000E-002
ESTIMATED DELTA G : -2.833084
WEIGHT OF DELTA G : 0.900000000000000@# DGC by DIAV_L =-6.7180@# DGC by DIAV_LC =-7.2705@# SIEVGENE SCORE AVERAGE : -283.308 VARIANT :99.669固定原子を含まないトラジェクトリファイルでの DIAV_L, DIAV_LC, ΔGc 計算結果

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４．２．全原子トラジェクトリファイルの出力と ANALYZE 機能(1)サンプルの解凍
sievgene_DIAVyymmdd.tar.gz の解凍後の"sample-all"ディレクトリに移動して下さい。
(2)MD の実行
"sample-all"ディレクトリで、固定原子を含む系の MD を実行します。
"cosgene < md.inp"を実行すると、全原子の座標トラジェクトリファイル"md.cor"が作成されます。(cosgene の設定方法については、本マニュアルでは説明していません。cosgeneのマニュアルを参照してください。)-rw-rw-r-- 1 kuro kuro 463200 Sep 11 16:12 md.cor(3)sievgene の実行"sample-all"ディレクトリで、自由原子の座標トラジェクトリファイルを使用した
sievgene スコアの解析を実行します。
インストールした sievgene を使用し、"sievgene_DIAV < diav_siev.inp"を実行すると、標準出力に sievgene スコア解析結果が表示されます。(sample-fix の diev_siev.inp と自由・固定原子ファイルを読み込まない点で異なります)@# DG by DIAV_L@# DG by DIAV_LC==-7.1496-7.7635

INFORMATION> CONSENSUS SCORE PARAMETERSCORE CONVERT VALUE: 1.000000000000000E-002
ESTIMATED DELTA G : -2.833084
WEIGHT OF DELTA G : 0.900000000000000@# DGC by DIAV_L =-6.7180@# DGC by DIAV_LC =-7.2705@# SIEVGENE SCORE AVERAGE : -283.308 VARIANT :99.669全原子トラジェクトリファイルでの DIAV_L, DIAV_LC, ΔGc 計算結果
ここで、@# DG by DIAV_L ： DIAV_L 法でのΔG 推算値@# DG by DIAV_LC ： DIAV_LC 法でのΔG 推算値 (推奨値)@# DGC by DIAV_L ： DIAV_L 法でのΔG 推算値とドッキングスコアのコンセンサススコア@# DGC by DIAV_LC： DIAV_LC 法でのΔG 推算値とドッキングスコアのコンセンサススコア@# SIEVGENE SCORE AVERAGE : Sievgene ドッキングスコアのトラジェクトリー平均値

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入力サンプルでは、係数は、最適化されています。
; 修正するところは数か所。パラメータは調整済。
; control file for SIEVGENE-REPLAY;
PHASE> INPUTTOPOLOGY= FORM NAMETO= Pro_1.tpl ← 必要に応じて書き換える
COORDINA= PDB NAMECO= Pro_1_min.pdb ← 必要に応じて書き換える
POINTC= NORE
CMBREA= READ NAMECM= cmb.inp ; ← 必要に応じて書き換える
QUIT
PHASE> GRID
GRIDPOtential= NORE; Grid file reading SW (NORE/ASCI/BINA)
NAMEGRid= grid.file ; Grid file
OUTGRIdpotential = NOWR
; Grid file writing SW (NOWR/ASCI/BINA)
PROBDIst = 6.5 ;MARGIN = 6.5 ; search margin
ITERAT = 2 ; 3; iteration of Grid potential smoothing
RADVDW = 0.6 ; vDW boundary
RADELE = 0.6 ; coulonb boundary
RADMESh = 1.4 ; probe radius
DAMPVW = 0.90d0
USEPBG = NO
; not use PB
QUIT
EXE> ANADIEFUN=CONSDIEVAL= 1.0D0;; trajcetory file (in);COMBIN=YESNAMETR=
traject_1.cor ← 必要に応じて書き換える
DATATY=COR4 ← 必要に応じて書き換える
STARTT=
1000.0D0 ← 必要に応じて書き換える
ENDTIM=
2000.0D0 ← 必要に応じて書き換える;--------------------------------------------------;; combine file (out);MNTRCB= ASCIOUTCMB= 10
COMSFT= NO
NAMECB= cmb.ana
UNITPL= 0
UNITAT= 0; L-J potential
CMBVDW= 8-4 ; 12-6 | 9-6 | 8-4;---------------------------------------------------

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;--------------------------------------------------; DIAVDIAVDW= 0.037019d0 ; vdW coefficient
DIAELE= 0.002965d0 ; electric coefficient
VARASA= 0.0000d0 ; asa coefficient
DIADIT= -0.0000057d0; torsion coefficient for DIAV;--------------------------------------------------; DIAV_C
DICVDW= 3.5469890d-02 ; 0.0343046d0 ; vdW coefficient
DICELE= 9.8838657d-04 ; 0.0042958d0 ; electric coefficient
DICDIT= -5.6511399d-06 ; -0.0000067d0 ; torsion coefficient for DIAV_C
ESTWAT= YES; estimate water effect (instead by contact number)
CONTAC= ALL; ALL atom | HEAVy atom
CONTAV= 73.51d0 ; statistics contact average
COEWAT= -0.00613d0 ; gamma;--------------------------------------------------ESTROT= YES; estimate ligand rotation
DIAROT= 0.174; estimate ligand rotation
DIARNG= 0.01
; estimate ligand rotation
DICROT= 0.134; estimate ligand rotation
DICRNG= 0.01
; estimate ligand rotation
TEMPER= 300.0; Temperature;--------------------------------------------------WEISCR= 1.0d-2 ; coefficient sivgene score (S)WEIDGE= 0.5d0; weight of delta G (lmbda); dGC = lambda * dG + (1-lambda) * S * (sievgene score average)
QUIT
EXE> END--以上--

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