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 secuencia, la estructura y la diversidad confirmacional de las 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 interactivo y reproducible en línea de secuencias, estructuras y dinámicas que no requieren conocimientos previos de programación por parte del usuario.

Para introducir una estructura para el análisis, obtenga el ID de PDB de la adenilato quinasa mediante la búsqueda en la base de datos de proteínas. Introduzca el ID de PDB de cuatro caracteres para la adenilato quinasa o pegue una secuencia de proteínas en el cuadro de texto de la estructura de entrada o del panel de secuencia. Haga clic en el botón azul de selección de siguiente golpe en el primer panel, o simplemente desplácese hacia abajo hasta la selección de golpe del panel B para un análisis más detallado.

Asegúrese de que el control deslizante Limitar número total de estructuras incluidas esté establecido en su valor máximo para incluir todas las estructuras por encima del límite. Reduzca el límite de BitScore de inclusión para incluir hits relacionados más distantes o auméntelo para excluir. Asegúrese de que las visitas seleccionadas representan estructuras relevantes inspeccionando los detalles de la tabla, como el nombre de PDB, la especie y los ligandos unidos.

Haga clic en la pestaña Alinear para realizar la alineación de secuencia de las estructuras seleccionadas desde la pestaña de búsqueda. Existe la posibilidad de que surjan errores de alineación, especialmente cuando se analizan proteínas relacionadas más distantes, como cuando la similitud de la secuencia es inferior al 30%Siempre verifique dos veces y corrija la alineación de la secuencia en la pestaña de alineación. Revise el resumen de alineación en el panel A resumen de alineación.

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 un análisis de agrupación en clústeres basado en secuencias de las estructuras recopiladas. A continuación, haga clic en el botón azul siguiente conservación para calcular la conservación de residuos por columnas.

Seleccione los conjuntos de estructuras alineadas para generar una gráfica de la conservación de residuos en cada posición de alineación. Realice la superposición de estructuras entrando en la pestaña de ajuste. Asegúrese de que las estructuras de las proteínas estén superpuestas a las regiones correspondientes y relevantes mediante inspección visual.

Haga clic y arrastre el ratón sobre la estructura para rotar y desplácese para hacer zoom. Ajusta el color de las estructuras haciendo clic en las opciones de color. A continuación, haga clic en el botón azul siguiente análisis para realizar la agrupación en clústeres basada en estructuras de las estructuras PDB recopiladas.

Alterne el mapa de calor RMSD en el menú desplegable de opciones de trazado. Haga clic en el botón RMSF del nido azul para ver la variabilidad de la estructura de cada residuo con los principales elementos de la estructura secundaria que se muestran en las regiones marginales del eje X. Realice el análisis de componentes principales entrando en la pestaña PCA.

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

Proyecte las estructuras individuales en dos PC seleccionadas haciendo clic en el botón azul siguiente trazado. Asegúrese de que la PC en el eje X esté configurada en uno y la PC en el eje Y en dos. Para proyectar las estructuras sobre otros componentes principales, ajuste la numeración de PC en consecuencia.

Haga clic en cualquier punto individual de la gráfica para etiquetar las estructuras. Como alternativa, resalte una o más estructuras en la tabla Anotación de diagrama de conforme PCA debajo del diagrama. Calcule las contribuciones de residuos a los componentes principales individuales haciendo clic en el botón azul siguiente contribuciones de residuos.

Trace las contribuciones de los componentes principales adicionales incluyendo el número de PC 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 disminuyendo o aumentando el límite para la inclusión o exclusión de estructuras.

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

Alterne el clúster por RMSD para colorear los perfiles de fluctuación mediante la agrupación en clústeres basada en RMSD. Active la casilla de verificación de líneas de dispersión para trazar los perfiles de fluctuación agrupados separados entre sí. A continuación, haga clic en el botón azul siguiente PCA frente a 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 de los resultados del análisis, la entrada definida por el usuario y las opciones de parámetros. El informe se puede descargar en formatos PDF, Word y HTML que se pueden compartir. El informe también incluye un enlace para volver a visitar la sesión de análisis en un momento posterior, que también se puede compartir con los colaboradores.

Aquí se muestran las estructuras PDB disponibles de la adenilato quinasa superpuestas en el núcleo invariante identificado. Las estructuras se colorean de acuerdo con la agrupación basada en 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 una representación del tubo que muestra el movimiento de cierre a gran escala de la proteína. Las estructuras se proyectan sobre sus dos primeros componentes principales en un diagrama de conformación que muestra una representación dimensional baja de la variabilidad conformacional. Cada punto o estructura se colorea de acuerdo con los criterios especificados por el usuario, en este caso, los resultados de la agrupación en clústeres basada 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 se puede utilizar para explorar conjuntos de secuencias y estructuras y ayudar a comprender las tendencias generales en la familia de proteínas de interés en cuestión de minutos. Bio3D-web me ha ayudado a informar el análisis estructural de la superfamilia de las kinesinas.

Bio3D-web proporciona un flujo de trabajo completo para la investigación totalmente personalizada de las relaciones dinámicas secuencia-estructura. Este flujo de trabajo proporciona funcionalidad para el mapeo de relaciones de interconformidad con PCA y la comparación cuantitativa de la dinámica local y global 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 que luego puede informar sobre análisis especializados posteriores.

Por lo tanto, Bio3D-web está diseñado como una herramienta de generación de hipótesis con informes resumidos compartibles que incluyen todos los parámetros definidos por el usuario. Los resultados de Bio3D-web también se pueden descargar y son totalmente compatibles con el paquete Bio3D-R para un análisis más profundo. En la actualidad hay muchas estructuras disponibles para una determinada familia de proteínas, a menudo determinadas en diferentes condiciones.

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 dedicado ni aprender un nuevo lenguaje de programación. Bio3D-web es compatible con todos los principales navegadores.

El código fuente completo y las instrucciones de configuración para la configuración local están disponibles de forma gratuita.