Investigación de la secuencia de la proteína-estructura-dinámica Relaciones con Bio3D-web

El objetivo general de Bio3D-web es permitir el análisis interactivo de la diversidad de secuencias, estructuras y conformaciones de familias de proteínas. Bio3D-web es una nueva aplicación web que puede ayudarnos a comprender las relaciones entre la secuencia, la estructura y la dinámica dentro de grandes familias de proteínas. La principal ventaja de Bio3D-web es que proporciona un análisis en línea interactivo y reproducible de secuencias, estructuras y dinámica, sin requerir conocimientos previos de programación por parte del usuario.

Para introducir una estructura para su análisis, obtenga el ID PDB de la adenilato quinasa buscando en la base de datos de proteínas. Ingrese el ID PDB de cuatro caracteres de la adenilato quinasa o pegue una secuencia de proteína en el cuadro de texto del panel de entrada de estructura o secuencia. Haga clic en el botón azul siguiente selección de resultados en el primer panel, o simplemente desplácese hacia abajo hasta el panel B, selección de resultados, para continuar con el análisis.

Asegúrese de que el control deslizante del número máximo de estructuras incluidas esté ajustado a su valor máximo para incluir todas las estructuras por encima del umbral. Reduzca el umbral de puntuación BitScore para incluir más coincidencias distantes o aumente el valor para excluir algunas. Asegúrese de que las coincidencias seleccionadas representen estructuras relevantes al examinar los detalles de la tabla, como el nombre del PDB, la especie y los ligandos unidos.

Haga clic en la pestaña de alineación para realizar el alineamiento de secuencias de las estructuras seleccionadas en la pestaña de búsqueda. Existe la posibilidad de aparición de errores en el alineamiento, especialmente al analizar proteínas más distantes, como cuando la similitud de secuencia es inferior al 30 %. Verifique siempre y corrija el alineamiento de secuencias en la pestaña de alineación. Revise el resumen del alineamiento en el resumen del alineamiento del panel A.

Asegúrese de que las regiones de interés estén alineadas y no enmascaradas por huecos en una o más estructuras. Haga clic en el botón azul siguiente análisis para realizar el análisis de agrupamiento basado en secuencias de las estructuras recopiladas. Luego, haga clic en el botón azul siguiente conservación para calcular la conservación de residuos por columnas.

Seleccione los conjuntos de estructuras alineadas para generar un gráfico de la conservación de residuos en cada posición del alineamiento. Realice la superposición de estructuras accediendo a la pestaña de ajuste. Asegúrese de que las estructuras proteicas se superpongan en regiones correspondientes y relevantes mediante inspección visual.

Haga clic y arrastre el mouse sobre la estructura para rotarla, y desplácese para hacer zoom. Ajuste el color de las estructuras haciendo clic en las opciones de color. Luego, haga clic en el botón azul siguiente análisis para realizar el agrupamiento basado en estructuras de las estructuras PDB recopiladas.

Active la mapa térmico de RMSD en el menú desplegable de opciones de gráficos. Haga clic en el botón azul RMSF para ver la variabilidad estructural de cada residuo, con los principales elementos de estructura secundaria mostrados en las regiones marginales del eje X. Realice un análisis de componentes principales accediendo a la pestaña PCA.

Para visualizar los componentes principales, active la casilla mostrar trayectoria del PC para visualizar los movimientos descritos por los componentes principales con la herramienta de visualización en el navegador. Asegúrese de seleccionar el componente principal uno en el primer menú desplegable. Para visualizar los movimientos descritos por otros componentes principales, elija el PC deseado en el menú desplegable seleccionar componente principal.

Proyecte las estructuras individuales sobre dos componentes principales seleccionados haciendo clic en el botón azul siguiente gráfico. Asegúrese de que el componente principal en el eje X esté establecido en uno y el componente principal en el eje Y en dos. Para proyectar las estructuras sobre otros componentes principales, ajuste la numeración de los componentes principales en consecuencia.

Haga clic en cualquier punto individual del gráfico para etiquetar las estructuras. Alternativamente, resalte una o más estructuras en la tabla de anotación de conformeros PCA situada debajo del gráfico. Calcule las contribuciones de los residuos a los componentes principales individuales haciendo clic en el botón azul siguiente contribuciones de residuos.

Trace las contribuciones de componentes principales adicionales incluyendo el número de CP en el cuadro de texto elegir componente principal. Haga clic en la pestaña eNMA para iniciar el cálculo del modo normal. Ajuste el número de estructuras reduciendo o aumentando el valor umbral para inclusión o exclusión de estructuras.

Haga clic en el botón verde ejecutar conjunto NMA para iniciar el cálculo del análisis de modos normales. Desplácese hacia abajo hasta el segundo panel de la pestaña eNMA, denominado visualización de modos normales, para visualizar los modos normales. Haga clic en el botón azul siguiente fluctuaciones para calcular las fluctuaciones por residuos de las estructuras seleccionadas para el análisis de modos normales del conjunto.

Activear el clúster por RMSD para colorear los perfiles de fluctuación según la agrupación basada en RMSD. Activar la casilla de verificación de líneas de dispersión para trazar los perfiles de fluctuación agrupados separados entre sí. Luego, hacer clic en el botón azul siguiente PCA versus NMA para calcular la similitud entre los modos normales individuales y los componentes principales.

Haga clic en el botón azul siguiente en la parte inferior para generar un informe con los resultados del análisis, las entradas definidas por el usuario y las opciones de parámetros. El informe se puede descargar en formatos PDF, Word y HTML compartibles. El informe también incluye un enlace para volver a la sesión de análisis en un momento posterior, el cual también puede compartirse con colaboradores.

Se muestran aquí las estructuras PDB disponibles de la adenilato cinasa superpuestas al núcleo invariante identificado. Las estructuras están coloreadas según la agrupación basada en la RMSD proporcionada en la pestaña de ajuste. La visualización de los componentes principales está disponible en la pestaña PCA para caracterizar las principales variaciones conformacionales en el conjunto de datos.

Aquí, la trayectoria correspondiente al primer componente principal se muestra en representación de tubo, indicando el movimiento de cierre a gran escala de la proteína. Las estructuras se proyectan sobre sus dos primeros componentes principales en un gráfico de conformeros que muestra una representación de baja dimensionalidad de la variabilidad conformacional. Cada punto o estructura se colorea según criterios especificados por el usuario, en este caso, los resultados de agrupamiento basados en PCA.

El análisis de modo normal en la pestaña eNMA sugiere una dinámica local y global mejorada para las estructuras en estado abierto en comparación con el estado cerrado. Bio3D-web puede utilizarse para explorar conjuntos de secuencias y estructuras y ayudar a comprender tendencias generales en la familia de proteínas de interés en cuestión de minutos. Bio3D-web me ha ayudado a orientar el análisis estructural de la superfamilia de quinesinas.

Bio3D-web proporciona un flujo de trabajo completo para la investigación totalmente personalizada de las relaciones entre secuencia, estructura y dinámica. Este flujo de trabajo ofrece funciones para la elaboración de mapas de relaciones interconformacionales mediante PCA y la comparación cuantitativa de dinámicas locales y globales en grandes conjuntos de estructuras heterogéneas utilizando NMA de conjunto. Se prevé que la mayoría de los investigadores utilicen Bio3D-web para comprender las tendencias generales en su familia de proteínas de interés, lo cual puede orientar análisis especializados posteriores.

Bio3D-web está diseñado por lo tanto como una herramienta generadora de hipótesis con informes resumidos compartibles que incluyen todos los parámetros definidos por el usuario. Los resultados de Bio3D-web también pueden descargarse y son totalmente compatibles con el paquete Bio3D-R para un análisis más profundo. Muchas estructuras están ahora disponibles para una familia determinada de proteínas, a menudo determinadas bajo condiciones diferentes.

La comparación de este gran número de estructuras puede informarnos sobre los mecanismos estructurales críticos para su función, como la unión de ligandos, la catálisis y la regulación alostérica. Bio3D-web es ampliamente accesible y fácil de usar sin necesidad de instalar software especializado ni aprender un nuevo lenguaje de programación. Bio3D-web es compatible con todos los navegadores principales.

El código fuente completo y las instrucciones de configuración para la instalación local están disponibles gratuitamente.