Keap1을 대상으로 처음 계산했을 때는 morroniside가 유망해 보였다. 하지만 후보 다섯 종을 같은 조건에서 다시 비교하자 그 판단을 유지하기 어려웠다. 실험으로 확인할 후보에는 catalpol과 geniposide를 남겼다.
Keap1은 세포의 산화 스트레스 반응을 조절하는 단백질이다. 표면의 홈에는 또 다른 단백질인 Nrf2가 붙는다. 나는 작은 분자들을 그 홈 부근에 놓고 움직임을 계산하면서, 어느 물질이 비교적 일관되게 그 자리에 남아 직접 결합 실험으로 이어갈 만한지 살펴봤다.
처음에 홈에 잘 맞는 자세를 찾았다고 비교가 끝나는 것은 아니다. 시뮬레이션 안에서는 단백질도 움직이고 주변의 물도 움직인다. 처음에는 잘 맞아 보인 분자가 계산이 진행되면서 방향을 바꾸거나 홈에서 멀어질 수 있다.
비교 조건을 다시 맞추다
초기 계산에는 사람이 아닌 다른 종의 Keap1 구조를 썼고, 물질별 전하를 표현하는 방식도 일정하지 않았다. 다시 비교할 때는 후보 다섯 종을 모두 유지하면서 같은 인간 Keap1 구조와 공통된 전하 부여 방법을 적용했다. 각 물질을 세 번씩 시뮬레이션하되, 한 번에 200나노초 동안의 움직임을 계산했다.
여기서 200나노초는 컴퓨터가 계산에 쓴 시간이 아니라 분자 모형 안에서 흐른 시간이다. 다섯 물질을 세 번씩 계산해, 모두 15개의 움직임 기록을 비교했다.
단백질 구조, 전하 처리, 계산 길이, 반복 횟수를 함께 바꿨으므로 후보 목록이 달라진 이유를 반복 계산 하나로 돌릴 수는 없다. 조건을 맞춰 다시 비교하자 처음에 morroniside를 우선했던 판단이 달라졌다.
반복에도 한계가 있다. 각 물질의 세 시뮬레이션은 도킹에서 가장 좋은 점수를 받은 동일한 자세에서 시작했고, 무작위 움직임을 결정하는 시드만 달리했다. 출발 이후의 움직임이 얼마나 달라지는지는 볼 수 있지만, 가능한 모든 출발 자세를 살펴본 것은 아니다.
접촉이 남아 있어도 자세는 달라질 수 있다
분자가 처음 자세에서 얼마나 달라졌는지와 홈에 접촉하는지를 함께 봤다. 둘 중 하나만으로 판단하면 놓치는 부분이 있었다.
Morroniside는 세 번 중 한 번에서 홈의 기준 잔기들과 자주 접촉하면서도 방향이 크게 바뀌었다. 잔기는 단백질을 이루는 아미노산 단위로, 여기서는 홈 주변에서 접촉 여부를 확인할 위치를 정해 둔 것이다. 나머지 두 번에서는 위치가 더 크게 벗어났다. 세 번을 모두 같은 결과로 묶으면 이런 차이가 사라진다.
Coptisine은 다른 경우였다. 시작 자세의 도킹 점수로는 다섯 물질 중 세 번째였지만, 세 번의 시뮬레이션 모두에서 위치가 크게 벗어났다. 이 연구에서 어느 물질을 먼저 실험할지 정하기에는 초기 점수만으로 부족했다.
Catalpol과 geniposide는 홈 부근에 더 일관되게 남았다. 자세 변화를 수치로 비교할 때는 단백질의 위치와 방향을 맞춘 뒤, 분자가 기준 자세에서 얼마나 달라졌는지 나타내는 RMSD를 구했다. 먼저 각 시뮬레이션 안에서 중앙값을 구하고, 이렇게 얻은 세 값을 비교했다. 한 번의 연속된 움직임에서 저장한 수천 개 장면을 수천 번의 독립된 반복으로 셀 수는 없다.
두 후보를 남기다
그다음 catalpol과 geniposide의 저장된 구조로 엔드포인트 에너지를 계산했다. 모형 안에서 단백질과 분자가 함께 있는 상태의 에너지를, 둘을 따로 놓은 상태와 비교하는 계산이다. 이 역시 자체적인 가정을 둔 추가 점검이다.
평균은 geniposide 쪽이 조금 더 유리했지만, 각 물질의 세 시뮬레이션에서 얻은 평균값의 범위는 서로 겹쳤다. 그 정도 차이로 하나를 우세하다고 정하기는 어려워 두 후보를 모두 남겼다.
이 에너지 계산에는 엔트로피를 넣지 않았고, 남겨 둔 두 물질만 비교했다. 따라서 완전한 결합 자유에너지를 구한 것도, 처음의 다섯 물질을 에너지로 다시 순위 매긴 것도 아니다.
이 연구는 8월 18일 In Silico Pharmacology에 실렸다. 결과를 바탕으로 다음에 확인할 순서를 정했다. 먼저 catalpol과 geniposide가 실제로 Keap1에 직접 결합하는지 확인하고, 이어 Nrf2에서 Keap1과 결합하는 부분에 해당하는 펩타이드와 경쟁하는지 살펴보는 것이다. 세포에서 반응이 나타났다는 사실만으로 직접 결합 여부까지 알 수는 없다. 이 실험들은 이번 계산 연구에서 수행하지 않았다.