Démonstration de l’alignement des séquences pour prédire l’outil de sensibilité entre espèces pour une évaluation rapide de la conservation des protéines

Dans le contexte de la sécurité chimique, le protocole SeqAPASS fournit un processus rapide et rationalisé pour évaluer la conservation des protéines à travers la diversité des espèces, pour l’extrapolation de la toxicité et des connaissances sur les voies biologiques. SeqAPASS a été développé comme une interface Web simplifiée, transparente et conviviale pour l’extrapolation rapide inter-espèces, destinée à être utilisée à la fois par les chercheurs et les décideurs. L’outil relève le défi d’extrapoler les connaissances sur la toxicité chimique en utilisant les informations disponibles sur la sensibilité des espèces, afin de prédire systématiquement la sensibilité chimique pour des centaines, voire des milliers d’espèces qui n’ont jamais pu être testées en laboratoire.

Pour commencer à utiliser l’outil SeqAPASS, accédez d’abord à seqapass.epa.gov. Les utilisateurs existants peuvent sélectionner le bouton de connexion à votre compte. Les nouveaux utilisateurs peuvent créer un compte en sélectionnant le lien sur la page d’accueil.

Après vous être connecté à l’outil SeqAPASS, accédez à l’onglet Demander l’exécution SeqAPASS. SeqAPASS comprend plusieurs ressources utiles pour aider les utilisateurs à identifier une cible de protéine de requête. Vous pouvez y accéder en cliquant sur les boutons déroulants sous Identifier une cible protéique.

Une fois qu’une cible protéique est identifiée, cliquez sur Par espèce ou Par accession sous Comparer les séquences d’acides aminés primaires. Par exemple, pour analyser la conservation du récepteur opioïde mu, cliquez sur Par accession et entrez le numéro d’acquisition dans la case d’accession à la protéine. À moins qu’une accession à la protéine n’ait déjà été identifiée par l’utilisateur, l’option de recherche d’espèces est recommandée.

Sélectionnez Exécuter la demande pour lancer la requête. Une fois votre requête soumise, sélectionnez l’onglet État de l’exécution SeqAPASS en haut de la page pour afficher l’état de l’exécution soumise. Le délai d’exécution dépendra de l’utilisation actuelle de l’outil.

Dans l’onglet Afficher les rapports SeqAPASS, toutes les exécutions effectuées sous un compte donné sont répertoriées. Sélectionnez Afficher le rapport pour afficher les données dans le navigateur Web, puis cliquez sur Demander le rapport sélectionné pour ouvrir la page Informations sur les protéines de requête de niveau un et afficher les résultats et les options de personnalisation des données. Pour développer et exécuter une analyse SeqAPASS de niveau deux, évaluant la conservation de domaines protéiques spécifiques, cliquez sur le signe plus en regard de l’en-tête de niveau deux sur la page Informations sur les protéines de requête de niveau un pour remplir le menu de requête de niveau deux.

Cliquez sur la zone Sélectionner un domaine pour remplir une liste de domaines fonctionnels pour la protéine de requête. Une fois qu’un domaine est identifié à partir de la base de données des domaines conservés NCBI et sélectionné dans la liste déroulante SeqAPASS, lancez la requête de niveau deux. Pour ce faire, cliquez sur le bouton Demander l’exécution du domaine.

Cliquez sur Actualiser les exécutions de niveaux deux et trois pour remplir les données de niveau deux. Sous Afficher les données de niveau deux, cliquez sur la case Sélectionner le domaine terminé pour sélectionner l’accession au domaine terminée. Vous pouvez ensuite cliquer sur le bouton Afficher les données de niveau deux pour ouvrir les résultats.

Les données sont affichées sous l’onglet View SeqAPASS pour le niveau sélectionné, examinons d’abord les données de niveau un. Dans la page Interroger les informations sur les protéines, sélectionnez la case d’option en regard du rapport principal ou complet pour afficher les données dans un format condensé ou développé. Les espèces auront une prédiction de sensibilité oui ou non, indiquant si la protéine est conservée par rapport à la séquence de requête.

Dans le rapport, cliquez sur l’accession à la protéine ou l’identifiant d’espèce approprié pour accéder aux bases de données du NCBI et accéder à de plus amples informations. Pour explorer les données de toxicité correspondantes pour les espèces avec des prévisions de susceptibilité, faites défiler vers la droite du tableau Résultats pour afficher la colonne ECOTOX. Cliquez sur les liens pour ouvrir l’espèce en question dans la base de connaissances ECOTOXicology, où vous pouvez trouver des données sur la toxicité. En plus des rapports complets et primaires, un rapport sommaire des données peut être consulté en sélectionnant Afficher le rapport sommaire de niveau un.

Le rapport récapitulatif affiche des mesures sommaires et des prédictions de susceptibilité entre les groupes taxonomiques. Les données dans n’importe quel format de rapport peuvent être facilement téléchargées. Une fois le type de rapport sélectionné sélectionné, cliquez sur Télécharger la table pour l’enregistrer en tant que fichier de feuille de calcul.

Pour afficher les données de niveau deux, faites défiler jusqu’en haut de l’onglet View SeqAPASS et sélectionnez Level Two (Niveau deux). Les données SeqAPASS de niveau deux sont affichées dans des rapports comme celui du niveau un et sont également disponibles au bas de la page Informations sur les protéines de requête. Sélectionnez la case d’option en regard du type de rapport souhaité pour afficher les données.

Les rapports de niveau deux affichent des informations similaires à celles du niveau un, avec des informations supplémentaires sur le domaine protéique. Les données SeqAPASS peuvent être facilement visualisées pour faciliter l’interprétation. Cliquez sur le signe plus en regard de Visualisation, puis sur le bouton Visualiser les données, pour ouvrir un BoxPlot interactif dans un nouvel onglet.

Dans le nouvel onglet, sélectionnez le bouton BoxPlot. En haut de la page BoxPlot, les options de contrôle peuvent aider l’utilisateur à personnaliser le graphique. Les utilisateurs peuvent ajouter ou supprimer des groupes taxonomiques du graphique, ils peuvent sélectionner des espèces à afficher dans une légende, choisir comment les noms des espèces sont affichés et mettre en évidence des sous-ensembles d’espèces spécifiques, tels que des espèces menacées ou en voie de disparition.

Les visualisations peuvent être facilement exportées et enregistrées. Cliquez sur Télécharger BoxPlot pour sélectionner un type de fichier et télécharger la figure. Avant le téléchargement, les utilisateurs peuvent personnaliser la résolution du type de fichier de l’image.

Bien que les paramètres de rapport par défaut soient suffisants pour la plupart des analyses, les paramètres peuvent être modifiés à l’aide des sous-menus situés en haut du menu Interroger les informations sur les protéines. Pour enregistrer les paramètres actuels du rapport, cliquez sur le bouton Télécharger les paramètres actuels du rapport pour télécharger un fichier capturant les paramètres actuels appliqués. Cela peut être fait pour le niveau un et le niveau deux.

Ici, l’exemple est pour le niveau un. Pour lancer une analyse SeqAPASS de niveau trois, accédez à la page Informations sur les protéines de requête de niveau un et cliquez sur le signe plus en regard de l’en-tête de niveau trois pour remplir le menu de requête de niveau trois qui permet des comparaisons individuelles de résidus d’acides aminés. Avant qu’une analyse de niveau trois puisse être effectuée, des résidus d’acides aminés spécifiques doivent être identifiés au moyen d’un examen de la littérature existante.

Cliquez sur le signe plus en regard de l’Explorateur de références pour ouvrir l’outil Explorateur de références. Cela peut vous aider à générer une chaîne booléenne prédéfinie pour interroger la littérature disponible. Cliquez sur le lien Générer Google Scholar pour générer une chaîne de recherche documentaire.

Cela peut être copié et utilisé pour rechercher dans les bases de données de littérature souhaitées. Ou, en sélectionnant Rechercher Google Scholar, la recherche dans la littérature Google Scholar sera automatiquement effectuée à l’aide de la chaîne de recherche prédéfinie. Une fois que les résidus d’acides aminés ont été sélectionnés, les utilisateurs peuvent mettre en place une analyse de niveau trois.

Sélectionnez la séquence de modèles à laquelle les espèces sélectionnées par l’utilisateur seront alignées et comparées. Si vous le souhaitez, des séquences de modèles supplémentaires peuvent être saisies dans la zone Comparaisons supplémentaires. Avant d’aligner des séquences spécifiques, les utilisateurs doivent entrer un nom d’exécution défini par l’utilisateur.

Cela sera utilisé pour identifier l’exécution. Sélectionnez le groupe taxonomique dans la zone Choisir un groupe taxonomique. Il convient de noter que ce processus sera répété pour tous les groupes taxonomiques pour lesquels l’utilisateur souhaite évaluer pour la conservation.

Une fois que toutes les espèces souhaitées sont sélectionnées pour l’alignement sur la séquence du modèle, sélectionnez Demander l’exécution des résidus. Une fois que toutes les espèces ont été alignées, cliquez sur Actualiser les séries de niveau deux et trois pour remplir le menu Sélectionner le nom de la série de niveau trois avec les tâches de niveau trois terminées. Les données de niveau trois peuvent être visualisées soit par groupe taxonomique individuel, soit par plusieurs groupes taxonomiques.

Cliquez sur Combiner les données de niveau trois pour ouvrir la boîte de dialogue combinée de niveau trois et analyser plusieurs groupes taxonomiques en même temps. À l’aide de la boîte de dialogue Combiner les rapports de niveau trois, sélectionnez le modèle de niveau trois à utiliser comme base de comparaison. Ensuite, choisissez les tâches terminées à comparer.

Classez les tâches de niveau trois selon vos besoins, puis cliquez sur Afficher les données de niveau trois pour produire une page de rapport de niveau trois. Dans la page Informations sur les protéines du modèle de niveau trois, les positions d’acides aminés précédemment identifiées dans la séquence du modèle sont affichées et peuvent être sélectionnées pour l’alignement. Entrez les positions dans la zone de texte séparées par des virgules, ou alternativement, sélectionnez dans la liste des résidus.

Une fois toutes les positions saisies, sélectionnez Copier dans la liste des résidus pour transporter les résidus dans la boîte de sélection. Une fois que toutes les positions d’acides aminés ont été sélectionnées et vérifiées pour leur exactitude, cliquez sur Mettre à jour le rapport pour mettre à jour les séquences alignées avec les positions spécifiées. Faites défiler la page jusqu’au bas pour afficher un rapport des résultats.

Comme dans les niveaux précédents, sélectionnez la case d’option en regard du rapport principal ou complet pour sélectionner le type de rapport. Les rapports de niveau trois présentent des espèces et des protéines similaires et comprennent des renseignements sur l’alignement et la conservation de chaque résidu d’acide aminé évalué. Pour enregistrer le rapport, cliquez sur Télécharger le tableau en bas du rapport et enregistrez-le en tant que fichier de feuille de calcul.

Les utilisateurs peuvent également sélectionner Afficher le rapport récapitulatif de niveau trois pour afficher et télécharger un tableau de rapport récapitulatif. Pour afficher une visualisation pour les données de niveau trois, cliquez sur le signe plus en regard de l’en-tête de visualisation et sélectionnez Visualiser les données pour ouvrir une nouvelle page. Cliquez sur Carte thermique sur la page d’informations de visualisation pour ouvrir le graphique interactif et les commandes.

Sur la page de visualisation sous Contrôles, sélectionnez les groupes taxonomiques à afficher dans la carte thermique, transférez-les à l’aide du bouton fléché et réorganisez-les si vous le souhaitez. Par défaut, la visualisation de la carte thermique affiche le nom commun de l’espèce, les prévisions de sensibilité globale et l’état de correspondance de chaque résidu d’acide aminé. Les options de manipulation des paramètres de la carte thermique se trouvent dans les menus extensibles sous l’en-tête Contrôle.

Sous Options de rapport, un rapport simple ou complet peut être sélectionné, et les espèces affichées peuvent être basculées entre les noms communs ou scientifiques. Sous Sélections facultatives, des sous-ensembles d’espèces, tels que les orthologues candidats, les espèces menacées, les espèces en voie de disparition et les organismes modèles communs, peuvent être sélectionnés et mis en évidence dans la carte thermique. Sous Paramètres de la carte thermique, les informations affichées sur la carte thermique peuvent être personnalisées en décochant et en cochant des cases.

Les prédictions de sensibilité et le texte sur la sensibilité peuvent être supprimés, et les alignements d’acides aminés et les informations sur les acides aminés peuvent être supprimés. Pour enregistrer la visualisation de la carte thermique, cliquez sur Télécharger la carte thermique et choisissez le type de fichier souhaité. SeqAPASS dispose d’un rapport de synthèse des décisions, qui permet aux utilisateurs d’évaluer rapidement les prédictions de susceptibilité à travers les niveaux et les espèces simultanément.

Cliquez sur Push Level to DS Report (Niveau de diffusion vers DS Report) dans les pages Résultats ou Data Visualization (Visualisation des données) pour transférer les données vers l’onglet DS Report, où tous les niveaux d’analyse peuvent être combinés et affichés. Les résultats de l’analyse de niveau un pour le récepteur opioïde mu montrent un seuil de sensibilité de 55% avec des similitudes en pourcentage pour les mammifères, les oiseaux, les reptiles, les amphibiens et la plupart des espèces de poissons se situant au-dessus de ce seuil et recevant une prédiction de sensibilité de Oui. Les cases complètement en dessous du seuil reçoivent une prédiction de susceptibilité d’un non.

L’analyse de niveau deux pour le domaine fonctionnel des opioïdes mu a identifié un seuil de sensibilité plus élevé de 88% de similitude avec les mammifères, les oiseaux, les reptiles, les amphibiens et la plupart des espèces de poissons au-dessus de ce seuil, fournissant une autre source de données pour la conservation, ou le récepteur opioïde mu chez les vertébrés. Dans le cadre de l’analyse de niveau trois, toutes les espèces évaluées ont donné lieu à une prédiction de sensibilité de oui. Comme ces acides aminés sont importants dans la liaison des agonistes puissants des récepteurs opioïdes mu et des antagonistes forts, ces données suggèrent que les composés opioïdes ciblant les récepteurs humains peuvent interagir de manière similaire avec les récepteurs chez les espèces de vertébrés.

Le niveau trois de SeqAPASS est utile pour la génération d’hypothèses. Même si les résidus d’acides aminés critiques ne sont pas connus pour la protéine d’intérêt, l’outil peut être utilisé pour examiner les espèces et identifier les endroits où la conservation existe ou est moins conservée. Ces hypothèses peuvent ensuite être testées avec des techniques de biologie moléculaire, telles que des études de mutagénèse dirigées.

L’objectif initial de SeqAPASS était sur les cibles chimiques. Cependant, notre recherche s’étend pour explorer les enzymes métabolisant primaires, les protéines de transport, ainsi que les protéines impliquées dans la bioaccumulation.