Uncovering the Dominant Motion Modes of Allosteric Regulation Improves Allosteric Site Prediction

变构调节 变构酶 药物发现 计算机科学 计算生物学 化学 生物信息学 生物 生物化学 受体
作者
Jingya Xie,Shiwei Wang,Youjun Xu,Minghua Deng,Luhua Lai
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:62 (1): 187-195 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.1c01267
摘要

Allostery is an important mechanism that biological systems use to regulate function at a distant site. Allosteric drugs have attracted much attention in recent years due to their high specificity and the possibility of overcoming existing drug-resistant mutations. However, the discovery of allosteric drugs remains challenging as allosteric regulation mechanisms are not clearly understood and allosteric sites cannot be accurately predicted. In this study, we analyzed the dominant modes that determine motion correlations between allosteric and orthosteric sites using the Gaussian network model and found that motion correlations between allosteric and orthosteric sites are dominated by either fast or slow vibrational modes. This dependence of modes results from the relative locations of the two sites and local secondary structures. Based on these analyses, we developed CorrSite2.0 to predict allosteric sites by taking the maximum of the Z-scores calculated from using either slow or fast modes. The prediction accuracy of CorrSite2.0 outperformed other commonly used allosteric site prediction methods with prediction accuracy over 90.0%. Our study uncovers the relationship of protein structure, dynamics, and allosteric regulation and demonstrates that using the dominant motion modes greatly improves allosteric site prediction accuracy. CorrSite2.0 has been integrated into the CavityPlus web server, which can be accessed at http://www.pkumdl.cn/cavityplus. CorrSite2.0 provides a powerful and user-friendly tool for allosteric drug and protein design.
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