演示序列比对以预测跨物种敏感性的工具，用于快速评估蛋白质保存
2023年2月10日
在这里，我们提出了一个协议，以利用最新版本的美国环境保护署序列比对来预测跨物种敏感性（SeqAPASS）工具。该协议演示了在线工具的应用，以快速分析蛋白质保存，并提供可定制且易于解释的跨物种化学敏感性预测。
在化学安全的背景下，SeqAPASS协议提供了一个快速和简化的过程，用于评估物种多样性中的蛋白质保存，用于推断毒性和生物途径知识。SeqAPASS被开发为一个简化，透明和用户友好的基于Web的界面，用于快速跨物种推断，旨在供研究人员和决策者使用。该工具解决了使用有关物种敏感性的可用信息推断化学毒性知识的挑战，以一致地预测数百至数千种物种的化学敏感性，这些物种永远无法在实验室环境中进行测试。
要开始使用 SeqAPASS 工具，首先导航到 seqapass.epa.gov。现有用户可以选择您帐户的登录按钮。新用户可以通过选择主页上的链接来创建帐户。
登录到 SeqAPASS 工具后，导航到"请求 SeqAPASS 运行"选项卡。SeqAPASS包括几个有用的资源，可帮助用户识别查询蛋白质靶标。这些可以通过单击识别蛋白质靶标下的下拉按钮来访问。
确定蛋白质靶标后，单击比较初级氨基酸序列下的按物种或按加入。例如，要分析μ阿片受体的保守性，请单击"按加入"，然后在蛋白质加入框中输入入藏号。除非用户已经确定了蛋白质加入，否则建议使用物种搜索选项。
选择"请求运行"以启动查询。提交查询后，选择页面顶部的"SeqAPASS 运行状态"选项卡以查看已提交运行的状态。完成时间将取决于当前的工具使用情况。
在"查看 SeqAPASS 报告"选项卡中，列出了在给定帐户下进行的所有运行。选择"查看报告"以在 Web 浏览器中查看数据，然后单击"请求所选报告"以打开一级"查询蛋白质信息"页面，并查看结果和数据自定义选项。要开发和运行二级 SeqAPASS 分析，评估特定蛋白质结构域的保守性，请单击"一级查询蛋白质信息"页面上二级标题旁边的加号以填充二级查询菜单。
单击"选择结构域"框以填充查询蛋白的功能域列表。从 NCBI 保守域数据库中识别出域并在 SeqAPASS 下拉列表中选择域后，启动二级查询。这是通过单击"请求域运行"按钮来完成的。
单击"刷新二级和三级运行"以填充二级数据。在"查看二级数据"下，单击"选择已完成的域"框以选择已完成的域加入。然后，您可以单击查看级别 2 数据按钮以打开结果。
数据显示在所选级别的"查看 SeqAPASS"选项卡下，首先，让我们看一下一级数据。在"查询蛋白质信息"页上，选择主要报告或完整报告旁边的单选按钮，以精简或扩展格式查看数据。物种的敏感性预测要么是要么否，表明蛋白质相对于查询序列是否保守。
在报告中，单击相应的蛋白质加入或物种 ID 以链接到 NCBI 数据库并访问更多信息。要浏览具有易感性预测的物种的相应毒性数据，请滚动到结果表的右侧以查看 ECOTOX 列。单击链接以在 ECOTOXicicology 知识库中打开相关物种，您可以在其中找到毒性数据 除了完整报告和主要报告外，还可以通过选择查看一级摘要报告来查看数据的摘要报告。
摘要报告显示跨分类组的摘要指标和敏感性预测。可以轻松下载任何报告格式的数据。选择所需的报告类型后，单击下载表以将其另存为电子表格文件。
要查看二级数据，请滚动到"查看 SeqAPASS"选项卡的顶部，然后选择二级。二级SeqAPASS数据显示在与一级类似的报告中，也可以在"查询蛋白质信息"页面的底部找到。选择所需报表类型旁边的单选按钮以查看数据。
二级报告显示的信息与一级报告相似，并增加了有关蛋白质结构域的信息。SeqAPASS数据可以轻松可视化，以便于解释。单击"可视化"旁边的加号，然后单击"可视化数据"按钮，以在新选项卡中打开交互式箱形图。
在新选项卡中，选择"箱形图"按钮。在"箱形图"页的顶部，控件选项可以帮助用户自定义图形。用户可以在图表中添加或删除分类组，他们可以选择要在图例中显示的物种，选择物种名称的显示方式，并突出显示特定的物种子集，例如受威胁或濒危物种。
可视化可以轻松导出和保存。单击下载箱图以选择文件类型并下载图表。在下载之前，用户可以自定义图像的文件类型分辨率。
尽管默认报告设置足以满足大多数分析的需求，但可以使用"查询蛋白质信息"菜单顶部的子菜单更改参数。要记录当前报告设置，请单击"下载当前报告设置"按钮以下载捕获当前应用设置的文件。这可以为一级和二级完成。
这里的例子是第一级。要启动三级 SeqAPASS 分析，请导航到一级查询蛋白质信息页面，然后单击三级标题旁边的加号以填充三级查询菜单，以便比较单个氨基酸残基。在进行三级分析之前，必须通过回顾现有文献来鉴定特定的氨基酸残基。
单击"参考浏览器"旁边的加号以打开"参考浏览器工具"。这可以帮助您生成预定义的布尔字符串来查询可用的文献。点击生成 Google 学术搜索链接以生成文献搜索字符串。
这可以复制并用于搜索所需的文献数据库。或者，选择"搜索 Google 学术搜索"将使用预定义的搜索字符串自动搜索 Google 学术搜索文献。一旦选择了氨基酸残基，用户就可以设置三级分析。
选择用户选择的物种将与之对齐和比较的模板序列。（可选）可以在"其他比较"框中输入其他模板序列。在对齐特定序列之前，用户必须输入用户定义的运行名称。
这将用于标识运行。在"选择分类组"框中选择分类组。应当指出，将对用户希望对其保护情况进行评价的所有分类群重复这一过程。
选择所有所需物种以与模板序列对齐后，选择"请求残留运行"。对齐所有物种后，单击"刷新二级和三级运行"，以使用已完成的三级作业填充"选择三级运行名称"菜单。三级数据可以按单个分类组查看，也可以跨多个分类组查看。
单击合并三级数据，打开合并三级对话框，同时分析多个分类群。使用"合并三级报告"对话框选择要用作比较基础的三级模板。接下来，选择要比较的已完成作业。
根据需要订购三级作业，然后单击查看三级数据以生成三级报告页。在"三级模板蛋白信息"页面中，将显示模板序列中先前鉴定的氨基酸位置，并可以选择这些位置进行比对。在文本框中输入以逗号分隔的位置，或者从残留列表中进行选择。
输入所有位置后，选择复制到残基列表以将残基穿梭到选择框中。选择所有氨基酸位置并检查其准确性后，单击"更新报告"以更新具有指定位置的比对序列。滚动到页面底部以查看结果报告。
与以前的级别一样，选择主报告或完整报告旁边的单选按钮以选择报告类型。三级报告显示相似的物种和蛋白质，并包括评估的每个氨基酸残基的比对和保存信息。要保存报告，请点击报告底部的下载表格，然后将其另存为电子表格文件。
用户还可以选择"查看三级摘要报告"以查看和下载摘要报告表。要查看三级数据的可视化效果，请单击可视化项标题旁边的加号，然后选择可视化数据以打开新页面。单击可视化信息页面上的热图以打开交互式图形和控件。
在可视化页面上的"控件"下，选择要在热图中显示的分类组，使用箭头按钮快速切换它们，并根据需要重新排序。默认情况下，热图可视化显示物种的通用名称、总体敏感性预测以及每个氨基酸残基的匹配状态。用于操作热图设置的选项位于"控件"标题下的可展开菜单中。
在"报告选项"下，可以选择简单或完整的报告，并且可以在通用名称或学名之间切换显示的物种。在可选选择下，可以选择物种子集，例如直系同源候选物种、受威胁物种、濒危物种和常见模式生物，并在热点图中高亮显示。在热图设置下，可以通过取消选中和选中复选框来自定义热图上显示的信息。
可以删除药敏预测和药敏文本，并删除氨基酸比对和氨基酸信息。要保存热图可视化效果，请单击下载热图并选择所需的文件类型。SeqAPASS具有决策摘要报告，允许用户同时快速评估跨水平和物种的敏感性预测。
单击"结果"或"数据可视化"页面中的"将级别推送到 DS 报告"会将数据传输到"DS 报告"选项卡，在该选项卡中可以合并和显示所有级别的分析。μ阿片受体的一级分析结果显示，哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和大多数鱼类的敏感性临界值为 55%，相似百分比高于此临界值，并且敏感性预测为是。那些完全低于截止值的框接收的敏感性预测为否。
μ阿片类功能域的二级分析发现，与哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和大多数鱼类的敏感性临界值更高，相似度高于该临界值，为保护或跨脊椎动物的μ阿片受体提供了另一条证据线。在三级分析中，所有评估的物种的易感性预测均为"是"。由于这些氨基酸在强μ阿片受体激动剂和强拮抗剂的结合中很重要，这些数据表明，靶向人类受体的阿片类化合物可能与脊椎动物物种的受体发生类似的相互作用。
SeqAPASS的第三级对于假设生成很有用。即使目标蛋白质的关键氨基酸残基未知，该工具也可用于跨物种查看并确定存在保护或不太保守的地方。然后可以用分子生物学技术测试这些假设，例如定点诱变研究。
SeqAPASS最初的重点是化学目标。然而，我们的研究正在扩大到探索初级代谢酶、转运蛋白以及参与生物积累的蛋白质。
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概述
本文介绍了一种利用美国环境保护署（US EPA）SeqAPASS 工具的实验方案，该工具可实现跨物种蛋白质保守性的快速分析。该工具旨在提供化学物质易感性的可定制化预测，协助研究人员和决策者评估化学品的安全性。
关键研究组成部分
科学领域
- 毒理学
- 环境科学
- 计算生物学
背景
- SeqAPASS 是一种基于网络的工具，用于化学毒性的跨物种外推。
- 该工具根据现有的物种敏感性数据，简化了化学物质易感性的预测过程。
- 它解决了在实验室条件下无法测试的物种其毒性评估的难题。
- SeqAPASS 旨在供化学品安全领域的研究人员和决策者使用。
研究目的
- 提供一种简化方案，用于评估蛋白质在不同物种间的保守性。
- 促进毒性及生物学通路知识的跨物种外推。
- 提高化学安全性评估的可及性。
使用的方法
- 利用 SeqAPASS 网络工具进行蛋白质保守性分析。
- 可自定义设置以分析化学敏感性。
- 快速处理数百至数千个物种的数据。
- 为新用户和现有用户提供友好的操作界面。
主要结果
- 证明了 SeqAPASS 在预测化学品敏感性方面的有效性。
- 揭示了不同物种间蛋白质保守性的深入见解。
- 展示了该工具高效处理大规模数据集的能力。
- 强调了跨物种外推在化学品安全性评估中的重要性。
结论
- SeqAPASS 是研究人员评估化学物质毒性的宝贵资源。
- 该工具有助于加深对物种敏感性和化学安全性的理解。
- 未来应用可进一步拓展其在环境风险评估中的使用。
常见问题
行业重要性概述
SeqAPASS 能够快速、可扩展地评估蛋白质保守性，以支持跨物种敏感性预测，直接助力生物制药领域早期靶点验证和机制层面的风险评估&D. 通过利用序列比对和可定制的分析工具，研究团队能够从模型系统中推断出未经测试物种的毒性及通路数据，从而提高预测的可信度并优化候选组合的筛选。这一能力对于发现和临床前研究管线中的转化连续性以及基于风险评估的推进决策至关重要。
生物制药中的策略性应用&D
早期发现与靶点验证
- 支持通过跨物种蛋白质保守性分析，以假设驱动的方式进行靶点验证研究。
- 通过阐明药物靶点及通路的进化保守性，实现机制层面的风险评估与降低。
- 有助于提升将模式系统数据外推至更广泛分类群时的预测可信度。
- 为功能靶点评估提供透明、可重复的分析框架。
筛选与检测方法开发
- 通过确认保守性，为下游筛选流程准备经过验证的生物靶标。
- 标准化敏感性预测，以指导检测方法设计和化合物评估。
- 提供可定量、可导出的结果输出，便于整合至筛选平台。
- 支持可扩展的跨物种检测准备，适用于高通量应用。
转化与临床前研究
- 在序列同源性支持下，将蛋白质保守性数据与转化生物标志物策略相结合。
- 通过跨物种易感性映射，确保从发现到临床前验证的连续性。
- 通过识别物种特异性或保守的潜在风险，支持基于风险调整的推进策略。
- 为跨物种药理学和毒理学预测提供机制性证据。
流程与工作流整合
SeqAPASS 通过实现快速、多层次的蛋白质保守性分析，支持靶点选择、检测方法开发和转化风险评估，从而融入从发现到临床前的研究连续过程。
- 发现生物学：通过序列和结构域水平的保守性分析，促进假设验证和通路阐明。
- 筛选：提供可重复、定量的敏感性结果，以评估检测准备状态并指导化合物优先级排序。
- 分析：生成可定制的报告、汇总指标和可视化图表，用于跨物种及分类群的比较分析。
- 转化研究：将模式系统的研究结果关联至未经测试的物种，支持生物标志物匹配和转化连续性。
- 企业级复用：提供一个可扩展的基于网络的平台，适用于多种靶标和项目的重复使用。
运营与企业影响
- 科学价值：提高跨物种靶点验证中的预测可信度，降低机制上的模糊性。
- 操作价值：提供标准化、可重复且可扩展的蛋白质保守性分析。
- 战略价值：支持基于充分信息的立项或终止决策，实现资本高效的项目组合管理。
- 项目组合影响：支持基于风险调整的发现阶段和临床前资产的优先排序与推进。
实施注意事项
- 需要具备蛋白质序列分析和保守性度量解读的专业知识。
- 依赖于对 SeqAPASS 网络平台及相关生物信息学基础设施的访问。
- 要求跨团队统一输入参数和报告格式的标准。
- 可适用于多种蛋白质靶标和分类群，实际应用受限于可用的序列数据。
- 高级（三级）分析依赖于文献支持的残基选择。
生物制药常见问题
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:56
Developing and Running a SeqAPASS Query: Level 1
2:43
Developing and Running a SeqAPASS Query: Level 2
3:47
Accessing and Understanding the Data: SeqAPASS Level 1 and Level 2
5:54
Manipulating Data Settings and Visualizing the Data: SeqAPASS Level 1 and Level 2
7:23
Developing and Running a SeqAPASS Analysis: Level 3
8:28
Identify Critical Amino Acid Residues through a Literature Search
10:54
Visualizing Level 3 SeqAPASS Data and Interpretation of Results
13:45
Results: SeqAPASS Level 1, 2, and 3 Analyses of the Conservation of Amino Acid Residues and Level 1 and 2 Analyses of μ Opioid Receptor Conservation Across Taxonomic Groups
15:10
Conclusion
