Белки МУДРОСТЬ Workbench для В кремнии De Novo Дизайн биомолекул

Общей целью следующего эксперимента является разработка белков или пептидов для улучшения сворачивания, связывания или функциональных свойств. Это достигается путем загрузки белка или сложной структуры и определения мутации и биологических ограничений Чтобы определить цель проектирования в качестве второго шага, выполняется оптимизация выбора последовательности, в результате которой создается большое количество возможных белковых или пептидных последовательностей с улучшенной стабильностью и свойствами взаимодействия. Следующий сгиб.

Расчеты специфичности и/или приблизительного аффинности связывания выполняются на разработанной последовательности с целью валидации разработанных белков или пептидов на предмет желаемых улучшенных свойств. Получены результаты, которые показывают улучшенные свойства спроектированных последовательностей на основе вычислительного анализа структур, полученных с помощью процедуры. Этот протокол был разработан в лаборатории профессора Криса Доулза, флейтиста из Принстонского университета.

Этот общий вычислительный протокол дизайна белков de novo способен охватить несколько важных областей дизайна белков. К ним относятся разработка мономерных белков для повышения стабильности и комплексов для повышения аффинности связывания. У нас было несколько заметных успешных разработок в различных терапевтических областях, включая ингибиторы ингибиторов H-I-V-G-P 41, нацеленные на EZH 2 для лечения рака и ингибиторов, нацеленные на компоненты комплемента C3 A.In чтобы сделать применение методологии дизайна белков доступным для более широкого академического сообщества, мы разработали веб-интерфейс под названием Protein Wisdom.

Этот интерфейс позволяет пользователю иметь полный контроль над отправкой шаблона, определением ограничений дизайна и спецификацией параметров метода, чтобы легко использовать методы проектирования для широкого спектра задач проектирования. Чтобы начать эксперимент по проектированию белка, пользователю предоставляется домашняя страница пользователя, на которой перечислено количество отправленных заданий, количество загруженных структур и список структур, загруженных на данный момент. Начните новую работу по проектированию.

При нажатии кнопки «Создать новое задание» пользователь перейдет на страницу отправки задания. Присвойте заданию имя и укажите, основано ли оно на предыдущем задании. Нажмите «Продолжить».

Загрузите белковую структуру шаблона дизайна. Этот шаблон должен быть в стандартном банке данных белков или в формате PDB. Это может быть жесткий шаблон с одним набором координат для каждого атома или гибкий шаблон с несколькими моделями, например, полученный из структур раствора ЯМР.

В случае проектирования одного белка может быть только одна цепь. В шаблоне пользователь может загрузить новый шаблон или выбрать один из существующих шаблонов, которые он загрузил ранее. Если загружено несколько шаблонов, убедитесь, что каждая модель начинается с номера модели и заканчивается конечной моделью.

Убедитесь, что каждый остаток обозначается натуральной аминокислотой. Нажмите «Продолжить». После успешной загрузки и подтверждения шаблона пользователь попадает на главную страницу управления.

На этой странице пользователь может просмотреть статус задания, изменить наборы мутаций и биологические ограничения, а также отправить задание на выбор последовательности первого этапа. На данный момент, поскольку первый этап еще не завершен, вариантов для второго этапа нет. Они появляются после того, как становятся доступны результаты первого этапа.

Затем нажмите на ссылку наборов мутаций на главной странице управления, чтобы определить наборы мутаций, выбрать, какие остатки будут мутировать, и выбрать, в какие аминокислоты они могут мутировать. По умолчанию допустимые аминокислоты в любом заданном положении выбираются на основе площади поверхности, доступной растворителю, или требуются наборы мутаций SSA. Нажмите кнопку Сохранить изменения после выбора наборов мутаций.

Обратите внимание на вычислительную сложность оптимизации, которую необходимо решить. Существует верхний предел допустимой вычислительной сложности от 20 до 25-й степени. Затем нажмите на ссылку биологических ограничений на главной странице управления, чтобы определить биологические ограничения, указать ограничения по содержанию заряда или аминокислот для всего белка или части предела белка.

Общее количество мутаций, которые могут произойти при необходимости, биологические ограничения являются необязательными. По завершении вернитесь на главную страницу управления. Нажмите на ссылку начала первого этапа, чтобы привести пользователя на страницу первого этапа.

Выберите цепочку для расчета количества последовательностей для создания силового поля, зависящего от расстояния, и расчета модели. Конкретную информацию об этих выборах можно найти в текстовом протоколе. При отправке задания пользователь будет перенаправлен обратно на главную страницу управления.

Статус задания будет обновлен в соответствии с текущим ходом выполнения задания. Задание будет заблокировано для редактирования после отправки. По завершению работы пользователь получает электронное письмо с результатами, которые состоят из списка разработанных последовательностей.

Результаты также можно просмотреть на главной странице управления. На странице появится поле для специфичности второго этапа, чтобы пользователь мог выполнить эту проверку, нажмите кнопку Начать второй этап специфичности. Чтобы перейти на вторую страницу этапа сборки, определите верхнюю и нижнюю границы альфа-углерода, альфа-углеродные расстояния, указав коэффициент гибкости шаблона, либо в процентах от расстояния, либо в виде фиксированного расстояния.

Затем определите верхнюю и нижнюю границы угла на PHI и боковых двугранных углах. Указав коэффициент гибкости шаблона в процентах, нажмите кнопку «Отправить», укажите количество структур в каждой последовательности для создания и нажмите кнопку «Продолжить». Обратите внимание, что существует верхняя граница в 500 структур на последовательность для генерации.

Затем нажмите «Продолжить», чтобы подтвердить намерение отправить на сверточную проверку. Первый и второй этапы заблокированы для редактирования до завершения второго этапа. По завершении работы пользователю отправляется электронное письмо с результатами, которые также доступны для просмотра на главной странице управления.

Здесь можно просмотреть и загрузить текстовые файлы, содержащие спроектированные последовательности, соответствующие значения энергии с первого этапа и значения специфичности сворачивания со второго этапа. Кроме того, пользователь может нажать на ссылку просмотра результатов, которая отображает в браузере таблицу с рангами первого этапа и значениями энергии, а также рангами второго этапа и значениями специфичности сложения. Приблизительные расчеты аффинности связывания используются для определения аффинности сконструированного белка лиганда или пептида к остальной части комплекса.

Эти расчеты могут быть выполнены сразу после первого этапа или после завершения расчетов специфичности сгиба. Для начала нажмите на порядковый номер, чтобы выбрать последовательность. Чтобы начать расчет приблизительного аффинности связывания, пользователь будет перенаправлен на страницу выбора последовательности, на которой представлен список последовательностей проектирования, а также их выбор последовательностей и ранги специфичности сворачивания.

После того, как последовательность выбрана и сохранена, пользователь перенаправляется на главную страницу управления. Затем нажмите кнопку Начать второй этап, приблизительное сходство привязки, чтобы отправить задание по завершении, результаты будут отправлены пользователю по электронной почте, включая вложение, содержащее порядковый номер, приблизительную привязку, сходство и значения функций секционирования. Для каждого последующего задания приближенного сходства связывания этот файл содержит результаты для всех завершенных последовательностей.

Полные результаты также можно просмотреть, перейдя на главную страницу управления показанным заданием. Вот шаблон конструкции для ингибиторов проникновения HIV one, который представляет собой кристаллическую структуру C 14 link mid a 14 остаточного перекрестно сшитого пептида в комплексе с ядром GP 41. Этот матричный пептид является известным мощным ингибитором и подается с удаленным сшивающим агентом.

После того, как проектные данные определены, система отправляется на первый этап выбора последовательности. Доступ к отсортированным результатам выбора последовательности можно получить по ссылкам для просмотра результатов на главной странице задания. По этой ссылке представлена легко читаемая сводка всех результатов, рассчитанных для данной системы, которая может быть отсортирована по любому из результатов этапа.

Для быстрого анализа результаты также можно визуализировать с помощью ссылки на результаты последовательности, которая дает сводку выбранных последовательностей в трехбуквенном аминокислотном коде. Третий вариант доступа к результатам — через ссылку на энергетические результаты, которая дает сводную информацию о прогоне модели оптимизации с выбранными последовательностями, их энергиями и временем, затраченным на решение модели для решения. После завершения первого этапа, выбора последовательности и представления методов двукратной специфичности и приближенного аффинного связывания на втором этапе, результаты могут быть доступны и отсортированы в разделе сводного просмотра результатов.

Кроме того, их можно просмотреть по отдельности в разделе Результаты специфичности сгиба в разделе Результаты специфичности сгиба, порядковый номер и значения специфичности сгиба предоставляются в виде массива. Результаты примерных расчетов аффинности связывания представлены в виде сортируемого списка В разделе результатов просмотра все последовательности, которые были запущены для вычисления приблизительного аффинности связывания, выделены ссылкой в столбце представления. Ссылка просмотра перенаправляет пользователя на страницу с информацией о проекте.

На этой странице представлены загружаемые zip-файлы для всех используемых сложных и пептидных структур. На заключительном этапе проектирования структуры как для сложной, так и для пептидной структур 10 структур с наименьшей энергией представлены в упорядоченном списке. Каждая структура имеет ссылку на просмотр, которая позволяет пользователю просматривать структуру в интерактивной среде JM O.

Также предоставляется ссылка для скачивания, позволяющая пользователю загрузить каждую структуру по отдельности. Более подробная информация о результатах представлена в разделе «Приблизительные результаты аффинности связывания». В этом разделе приведены значения пептидного белка и функций комплексного разделения, а также окончательное приблизительное значение аффинности связывания.

Работая с мудростью белков, важно помнить, что выбор конструктивных ограничений может оказать большое влияние на общие результаты дизайна. Мало того, что ограничения дизайна ускоряют общий поиск, ограничивая объем пространства последовательностей, которое должны исследовать алгоритмы оптимизации, но и использование ограничений оптимизации, полученных на основе экспериментальной информации, может привести к получению биологически релевантных белковых конструкций. Мы надеемся, что доступность методов проектирования через веб-интерфейс protein wisdom позволит более широко использовать методы проектирования.

Мы продолжаем расширять и развивать возможности методов проектирования и надеемся в ближайшем будущем обобщить схему, включив в нее мультимерные системы, взаимодействия белковой ДНК и дизайн с посттрансляционными модификациями и неканоническими аминокислотами. С каждым расширением доступность методов с помощью белка Wisdom будет позволять легко и эффективно применять их в академическом сообществе.