Clustering Monte Carlo simulations of the hierarchical protein folding on a simple lattice model

Abstract

A role of specific collective motions and clustering behavior in protein folding was investigated using simple 2D lattice models. Two model peptides, which have the sequences of hierarchical and non-hierarchical design, were studied comparatively. Simulations were performed using three methods: Metropolis Monte Carlo with the local move set, Metropolis Monte Carlo with unspecific rigid rotations, and the Clustering Monte Carlo (CMC) algorithm that has been recently described by the authors. The latter was developed with particular aim to provide a realistic description of cluster dynamics. We present convincing evidence that the folding pathways and kinetics of hierarchically folding sequence are not adequately described in conventional MC simulations. In this case the account for cluster dynamics provided by CMC algorithm reveals important features of folding of hierarchically organized sequences. Our data suggest that the methods, which enable specific cluster motions, should be used for realistic description of hierarchical folding.

Досліджено роль специфічних колективних рухів та кластерної поведінки у фолдингу білків з використанням простих дво­вимірних граткових моделей. Проведено порівняльний аналіз пептидів з ієрархічною та неісрархічною будовою. Моделюван­ня здійснювали за допомогою трьох методів: стандартного методу Монте-Карло з локальним набором рухів, стандарт­ного методу з неспецифічними колективними обертаннями та кластерного методу Монте-Карло (CMC) запропонованого авторами для реалістичного моделювання динаміки класте­рів. Показано, що шляхи та кінетика ієрархічного фолдингу не можуть бути адекватно описані звичайними методами. У цьому випадку врахування кластерної динаміки у методі CMC виявляє важливі риси ієрархічного фолдингу. Визначено, up для реалістичного моделювання ієрархічного фолдингу потрібно використовувати розрахункові методи, які враховують спе­цифічні колективні рухи.

Исследована роль специфических коллективных движений и динамики кластеров в фолдинге белков с использованием про­стых двухмерных решеточных моделей. Проведен сравнитель­ ный анализ фолдинга пептидов с иерархической и неиерархиче­ской структурой. Моделирование осуществляли с помощью трех методов: стандартного метода Монте-Карло с локаль­ним набором движений, стандартного метода с неспецифиче­скими коллективными вращениями и кластерного метода Монте-Карло (CMC), предложенного авторами для реали­стичного описания динамики кластеров. Показано, что пути и кинетика иерархического фолдинга не могут быть адекват­но описаны стандартными методами. В этом случае учет кластерной динамики в методе CMC выявляет важные осо­бенности иерархического фолдинга. Обнаружено, что для реалистичного моделирования иерархического фолдинга должны использоваться методы, учитывающие специфические коллек­тивные движения.