التحقيق البروتين تسلسل-هيكل-ديناميات العلاقات مع Bio3D على شبكة الإنترنت

الهدف العام من Bio3D-web هو تمكين التحليل التفاعلي للتسلسل، والبنية، والتنوع التشكلي لعائلات البروتين. ويعد Bio3D-web تطبيق ويب جديد يمكن أن يساعدنا في فهم العلاقات بين التسلسل والبنية والديناميكيات ضمن عائلات البروتين الكبيرة. وتتمثل الميزة الرئيسية لـ Bio3D-web في توفيره تحليلاً تفاعلياً وقابلاً للتكرار عبر الإنترنت للتسلسل والبنية والديناميكيات دون أن يتطلب ذلك معرفة مسبقة بالبرمجة من جانب المستخدم.

لإدخال بنية من أجل التحليل، احصل على معرف PDB الخاص بإنزيم adenylate kinase من خلال البحث في قاعدة بيانات البروتينات. أدخل معرف PDB المكون من أربعة أحرف لإنزيم adenylate kinase أو الصق تسلسل البروتين في مربع النص الموجود في لوحة إدخال البنية أو التسلسل. انقر فوق زر "next hit selection" الأزرق في اللوحة الأولى، أو قم ببساطة بالتمرير لأسفل إلى اللوحة B "hit selection" لإجراء مزيد من التحليل.

تأكد من ضبط منزلق الحد الأقصى لإجمالي عدد البنى المضمنة على قيمته القصوى لتضمين جميع البنى التي تتجاوز حد القطع. قم بخفض حد قطع BitScore للتضمين لتشمل نتائج أكثر بعداً من الناحية القرابية، أو ارفعه لاستبعادها. تأكد من أن النتائج المختارة تمثل بنى ذات صلة من خلال فحص تفاصيل الجدول، مثل اسم PDB، والنوع، والرابطات المرتبطة.

انقر فوق علامة تبويب المحاذاة (align) لإجراء محاذاة للتسلسلات الخاصة بالبنى المختارة من علامة تبويب البحث. هناك احتمالية لظهور أخطاء في المحاذاة، خاصة عند تحليل بروتينات متباعدة الصلة، كما هو الحال عندما تكون نسبة تشابه التسلسلات أقل من 30%. تأكد دائماً من مراجعة محاذاة التسلسلات وتصحيحها في علامة تبويب المحاذاة. راجع ملخص المحاذاة في اللوحة A ملخص المحاذاة.

تأكد من محاذاة المناطق ذات الاهتمام وعدم حجبها بواسطة الفجوات في بنية واحدة أو أكثر. انقر فوق زر التحليل التالي الأزرق لإجراء تحليل التجميع القائم على التسلسل للبنى التي تم جمعها. ثم انقر فوق زر الحفظ التالي الأزرق لحساب حفظ البقايا لكل عمود.

اختر مجموعات البنى المحاذية لإنشاء مخطط يوضح حفظ البقايا عند كل موضع محاذاة. قم بإجراء تراكب للبنى من خلال الدخول إلى علامة تبويب "الملاءمة" (fit). تأكد من تراكب بنى البروتين في المناطق المقابلة وذات الصلة عن طريق الفحص البصري.

انقر واسحب الماوس فوق البنية للتدوير، وقم بالتمرير للتكبير. اضبط تلوين البنيات من خلال النقر على خيارات الألوان. بعد ذلك، انقر فوق زر التحليل التالي الأزرق لإجراء تجميع قائم على البنية لبنيات PDB التي تم جمعها.

قم بتفعيل خريطة RMSD الحرارية من القائمة المنسدلة لخيارات الرسم البياني. انقر على زر nest RMSF الأزرق لعرض تباين البنية لكل ثمالة، مع إظهار عناصر البنية الثانوية الرئيسية في المناطق الهامشية لمحور X. قم بإجراء تحليل المكونات الرئيسية من خلال الدخول إلى علامة تبويب PCA.

لتصور المكونات الرئيسية، قم بتفعيل خانة اختيار "إظهار مسار PC" لتصور الحركات التي تصفها المكونات الرئيسية باستخدام أداة التصور المدمجة في المتصفح. تأكد من اختيار المكون الرئيسي الأول من القائمة المنسدلة الأولى. ولتصور الحركات التي تصفها المكونات الرئيسية الأخرى، اختر الـ PC المطلوب من القائمة المنسدلة "اختيار المكون الرئيسي".

قم بإسقاط البنى الفردية على مكونين رئيسيين (PCs) محددين عن طريق النقر على زر "الرسم التالي" الأزرق. تأكد من ضبط المكون الرئيسي على محور X على القيمة واحد، والمكون الرئيسي على محور Y على القيمة اثنين. ولإسقاط البنى على مكونات رئيسية أخرى، قم بتعديل ترقيم المكونات الرئيسية وفقاً لذلك.

انقر فوق أي نقاط فردية في المخطط لتسمية التراكيب. بدلاً من ذلك، قم بتظليل تركيب واحد أو أكثر في جدول تعليقات مخطط PCA conformer الموجود أسفل المخطط. احسب مساهمات الثمالات في المكونات الرئيسية الفردية من خلال النقر على زر residue contributions الأزرق التالي.

قم برسم المساهمات لمكونات رئيسية إضافية عن طريق إدراج رقم المكون الرئيسي (PC) في مربع نص اختيار المكون الرئيسي. انقر فوق علامة تبويب eNMA لبدء حساب النمط الطبيعي. قم بتعديل عدد الهياكل عن طريق خفض أو زيادة حد القطع الخاص بتضمين أو استبعاد الهياكل.

انقر فوق الزر الأخضر run ensemble NMA لبدء حساب تحليل النمط الطبيعي. انتقل لأسفل إلى اللوحة الثانية من علامة تبويب eNMA، والتي تسمى normal modes visualization، لتصور الأنماط الطبيعية. انقر فوق الزر الأزرق next fluctuations لحساب التقلبات الخاصة بكل ثمالة في البنيات المختارة لتحليل النمط الطبيعي للمجموعة.

قم بتفعيل خيار "التجميع حسب RMSD" لتلوين ملفات التقلب وفقًا للتجميع القائم على RMSD. وقم بتفعيل مربع اختيار "خطوط التباعد" لرسم ملفات التقلب المجمعة بشكل منفصل عن بعضها البعض. بعد ذلك، انقر فوق الزر الأزرق "PCA مقابل NMA" التالي لحساب التشابه بين الأنماط الطبيعية الفردية والمكونات الرئيسية.

انقر على زر "التالي" الأزرق في الأسفل لإنشاء تقرير بنتائج التحليل، والمدخلات التي حددها المستخدم، وخيارات المعلمات. يمكن تحميل التقرير بصيغ PDF وWord وHTML القابلة للمشاركة. يتضمن التقرير أيضاً رابطاً للعودة إلى جلسة التحليل في وقت لاحق، والذي يمكن مشاركته أيضاً مع المتعاونين.

تظهر هنا هياكل PDB المتاحة لإنزيم adenylate kinase وهي متراكبة فوق النواة الثابتة المحددة. تم تلوين الهياكل وفقاً للتجميع القائم على RMSD الموضح في علامة تبويب fit. تتوفر معاينة للمكونات الرئيسية من علامة تبويب PCA لتوصيف الاختلافات التشكيلية الرئيسية في مجموعة البيانات.

هنا، يظهر المسار المقابل للمكون الرئيسي الأول في تمثيل أنبوبي يوضح حركة الإغلاق واسعة النطاق للبروتين. يتم إسقاط البنى على أول مكونين رئيسيين لها في مخطط المتشكلات الذي يعرض تمثيلاً منخفض الأبعاد للتباين التشكيلي. يتم تلوين كل نقطة أو بنية وفقًا لمعايير يحددها المستخدم، وفي هذه الحالة، نتائج التجميع القائمة على تحليل المكونات الرئيسية (PCA).

يشير تحليل الأنماط الطبيعية (Normal mode analysis) في علامة تبويب eNMA إلى وجود ديناميكيات محلية وعالمية محسنة للهياكل في الحالة المفتوحة مقارنة بالحالة المغلقة. يمكن استخدام Bio3D-web لاستكشاف مجموعات التسلسل والبنية والمساعدة في فهم الاتجاهات العامة في عائلة البروتينات المستهدفة في غضون دقائق. لقد ساعدني Bio3D-web في إثراء التحليل الهيكلي للفصيلة العليا للكينيسين (kinesin superfamily).

توفر منصة Bio3D-web سير عمل متكاملاً لإجراء استقصاء مخصص بالكامل للعلاقات بين التسلسل والبنية والديناميكية. ويوفر سير العمل هذا وظائف لرسم خرائط علاقات التوافق البيني باستخدام تحليل المكونات الرئيسية (PCA)، والمقارنة الكمية للديناميكيات المحلية والعامة عبر مجموعات كبيرة من البنى غير المتجانسة باستخدام تحليل الوضع الطبيعي للمجموعة (ensemble NMA). ومن المتصور أن معظم الباحثين سيستخدمون Bio3D-web لفهم الاتجاهات العامة في عائلة البروتينات محل اهتمامهم، وهو ما يمكن أن يوجه بدوره إجراء المزيد من التحليلات المتخصصة.

لذلك، تم تصميم Bio3D-web كأداة لتوليد الفرضيات مع تقارير ملخصة قابلة للمشاركة تتضمن جميع المعلمات التي يحددها المستخدم. كما أن النتائج المستخرجة من Bio3D-web قابلة للتنزيل ومتوافقة تماماً مع حزمة Bio3D-R لإجراء المزيد من التحليلات المتعمقة. وتتوفر حالياً العديد من البنى لبروتين عائلي معين، والتي غالباً ما يتم تحديدها في ظل ظروف مختلفة.

يمكن أن تكشف لنا مقارنة هذا العدد الكبير من البنى عن الآليات الهيكلية الحاسمة لوظائفها، مثل ارتباط اللجين، والتحفيز، والتنظيم التفارغي. ويتميز Bio3D-web بسهولة الوصول إليه واستخدامه دون الحاجة إلى تثبيت برمجيات مخصصة أو تعلم لغة برمجة جديدة. كما أن Bio3D-web مدعوم على جميع المتصفحات الرئيسية.

يتوفر كود المصدر الكامل وتعليمات الإعداد للتثبيت المحلي مجانًا.