Untersuchungen zur Zell-Virus-Wechselwirkung mittels quantenchemischer Methoden

Abstract

Der Anlagerungskomplex eines Adenovirus an den zellulären Rezeptor CD46 wurde mit quantenchemischen Ab-initio-Methoden untersucht. Im Vordergrund steht hierbei der Vergleich der Typen Ad11 und Ad7, welche bei ähnlicher Struktur der Anlagerungsproteine deutliche Unterschiede in der Bindungsstärke gegenüber CD46 zeigen. Aufbauend auf vorausgegangenen Mutationsexperimenten erlauben die hier vorgestellten, theoretischen Untersuchungen detailliertere Einblicke in die molekularen Eigenschaften des Proteinkomplexes und dadurch einen unabhängigen Beleg für experimentell motivierte Erklärungsansätze. Dazu wurden Einzelgruppenbeiträge zur Bindungsenergie des Komplexes berechnet, welche eine zuverlässige Beurteilung der Auswirkungen von Punktmutationen ermöglichen. Die hierbei entscheidenden Ladungseinflüsse der Proteinumgebung werden durch Behandlung des Gesamtkomplexes in einem kombinierten, quantenchemisch-molekularmechanischen Hybridansatz (QM/MM) einbezogen. Hierbei werden QM-Regionen von über 1000 Atomen mit Hilfe linear skalierender Ab-initio-Methoden behandelt.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Erprobung neuartiger SCF-Verfahren, welche durch Umgehung des konventionellen Diagonalisierungsschrittes ein lineares Skalenverhalten mit der Systemgröße für alle Teilschritte erlauben.

The attachment complex of an adenovirus to the cellular receptor CD46 has been studied by quantum chemical ab-initio methods. Here, the focus is on the comparison of the types Ad11 and Ad7, which show considerable differences in their binding capability towards CD46 in spite of great structural similarity. Based on previous mutation experiments, the theoretical studies shown here allow more detailed insights into the molecular properties of the protein complex, thereby giving an independent confirmation of an explanation originally motivated by experimental findings. The computational insights are achieved by calculating single residue contributions to the binding energy of the complex, which enable the reliable assessment of the impact of point mutations. The decisive charge influences of the protein environment are included by treating the entire complex in a combined quantum chemical/molecular mechanical hybrid approach. Thereby, QM regions of more than 1000 atoms are treated using linear scaling quantum chemical methods.

Another focus is on the testing of novel SCF methods that allow for a linear scaling with system size for all sub-steps by circumventing the conventional diagonalisation step.