פרוטוקול מבנה מחשב מבוסס חלבון חיזוי פונקציה

מטרת הליך זה היא לחזות באופן חישובי מבנים תלת מימדיים ותפקוד ביולוגי של מולקולות חלבון החל מרצפי חומצות האמינו שלהן. זה מושג על ידי חיזוי המבנה המשני של החלבונים על ידי למידת מכונה. הרצפים והמבנה המשני החזוי מותאמים לאחר מכן למבנים שנפתרו בספריית PDB כדי לזהות את תבניות המבנה הטובות ביותר האפשריות.

הליך זה נקרא הברגה. לאחר הליך ההשחלה, תוכנית IT AER תפצל את התבניות למקטעים על סמך יישורי תבנית הרצף, ולאחר מכן תרכיב מחדש את השברים למודלים באורך מלא בשלב השלישי. מודלים אטומיים מלאים נבנים על ידי חידודים ברמה האטומית כדי לייעל את רשתות קשרי המימן ולהסיר סטר מעל חפיפה.

השלב האחרון של ההליך הוא זיהוי התפקוד הביולוגי של החלבונים על ידי התאמת מבני החיזוי לחלבונים בעלי תפקוד ידוע בספריית הפונקציות. היתרון העיקרי של ITER על פני שיטת מידול המבנה הקיימת הוא גישת הרכבת שברי המבנה האינהרנטית, שיכולה לקרב באופן עקבי את יישורי ההברגה למצב המקורי. מודלים אלה של מבנה באיכות גבוהה מהווים גם את הבסיס להערות פונקציונליות מדויקות מבוססות מבנה כדי לקדם את השימוש ב-ITER בקהילה המדעית.

המעבדה שלנו העמידה לרשותכם אתר אינטרנט שבו ניתן להגיש את רצפי החלבון לאיטר. אתר זה משמש כקשר איתו משתמשים ברחבי העולם יכולים לרשום ממשק לאשכול מחשבים, המנהל ומפעיל סימולציות ITER. עבודת סימולציה של ITER מורכבת מלמעלה מתריסר תת-סימולציות קטנות יותר.

סימולציות אלה כאשר הן מופעלות על מחשב יחיד עם ליבת מעבד אחת יכולות להימשך יותר ממאה שעות. אשכול המחשבים של מעבדת זאנג לוקח ומפיץ את תת-הסימולציות הללו על פני מאות מחשבים ומסוגל להריץ למעלה מ-2000 סימולציות. במקביל לאשכול המחשבים שלנו, אנו מסוגלים להשלים מאות סימולציות של טעימות מדי יום.

אפילו עם יכולת זו, יש לעשות עבודה רבה כדי לייעל את המערכת ולמזער את זמן ההמתנה עבור משתמשי ה-IT AER המקוונים שלנו. כדי להתחיל בניסוי מידול המבנה והפונקציה, היכנס לדף האינטרנט של IT AER. ניתן למצוא את כתובות ה-URL של כל דפי האינטרנט הרלוונטיים הנדונים כאן בפרוטוקול הכתוב.

העתק והדבק את רצף חומצות האמינו בטופס שסופק, או העלה ישירות את הרצף על ידי לחיצה על כפתור העיון. ספק כתובת דואר אלקטרוני ושם עבור המשימה. משתמשים יכולים לציין באופן אופציונלי מגע חיצוני לשאריות או מגבלות מרחק.

הוסף תבנית נוספת או אל תכלול כמה חלבוני תבנית במהלך תהליך מידול המבנה. כדי להגיש את הרצף, לחץ על כפתור הפעל טייזר. בדוק את מצב המשימה שנשלחה על-ידי ביקור בדף תור הטייזר של IT.

לחץ על לשונית החיפוש והשתמש במספר מזהה המשימה או ברצף השאילתה כדי לחפש את המשרה שנשלחה. לאחר סיום מידול המבנה והפונקציה, הודעת דוא"ל המכילה תמונה של המבנים החזויים וקישור אינטרנט תישלח לכתובת הדוא"ל שסופקה. לחץ על קישור זה כדי להציג ולהוריד את התוצאות.

התחל בניתוח מבנה על ידי בחינת חיזוי המבנה המשני, המוצג כ-H עבור סליל אלפא, S עבור גדיל בטא או C עבור סליל. כמו כן, שקול את ציון הביטחון של החיזוי עבור כל שאריות. חפש אזורים עם מבנים ארוכים של תחזיות מבנה משני רגיל כדי להעריך את אזור הליבה בחלבון.

ניתן לנתח את המחלקה המבנית של החלבון גם על סמך התפלגות יסודות המבנה המשניים. הצג את הנגישות החזויה לממס כדי לוודא אזורים קבורים וחשופים לממסים. בשאילתה ערכי נגישות הממס החזויה נעים בין ציון אפס לשאריות קבורות לציון תשע לשאריות חשופות.

ניתן להשתמש באזורים המכילים בעיקר שאריות קבורות כדי לתאר את אזור הליבה בחלבון, בעוד שאזורים עם שאריות חשופות לממס והידרופיליות הם אתרים פוטנציאליים להידרציה או פונקציונליים. כדי להציג את המבנים השלישוניים החזויים של חלבון השאילתה, גלול מטה לאפליקציית JMO האינטראקטיבית המוצגת משמאל. לחץ על היישומון כדי לשנות את מראה המבנה המוצג.

התקרב לאזור מסוים, בחר סוגי שאריות ספציפיים במודל החזוי או חשב למרחקי שאריות. נתח את ציוני הביטחון של המודלים המבניים כדי להעריך את איכות המבנים החזויים. ערכי Csco הם בדרך כלל בטווח של שלילי חמש עד שתיים, כאשר ציון גבוה יותר משקף מודל באיכות טובה יותר.

ציון ה-TM המשוער וה-RMSD של המודל הראשון מוצגים כדיוק משוער של המודל הראשון. לחץ על הקישור עוד אודות csco. כדי לנתח את גודל אשכול ה-csco וצפיפות האשכול של כל המודלים, נתח את 10 תבניות השרשור המובילות של חלבון השאילתה כפי שזוהו על ידי תוכניות השחלה של mets נמוך.

על ידי גלילה מטה בדף התוצאות, הצג את ציון ה-Z המנורמל כדי לנתח את איכות יישור השרשור. יישורים עם csco מנורמל גדול מאחד, משקפים יישור בטוח וסביר להניח שיהיה להם אותו קיפול כמו חלבון השאילתה. בחן את זהות הרצף באזור מיושר ההברגה ועבור כל השרשרת כדי להעריך את ההומולוגיה בין השאילתה לחלבוני התבנית.

זהות רצף גבוהה היא אינדיקטור לקשר אבולוציוני בין השאילתה לחלבוני התבנית. הצג את השאריות המיושרות של ההברגה המוצגות בצבע כדי לזהות חזותית שאריות או מוטיבים שמורים בשאילתה ובחלבוני התבנית זהות רצף גבוהה יותר באזור מיושר ההברגה בהשוואה ליישור השרשרת השלמה מצביעה גם על נוכחות של מוטיבים או תחומים מבניים שמורים בשאילתה. הערך את הכיסוי של יישור ההברגה על ידי בדיקת היישור.

אם הכיסוי של היישור העליון נמוך ומוגבל רק לאזור קטן של חלבון השאילתה או נעדר עבור קטע ארוך של רצף שאילתה, זה מצביע על כך שחלבון השאילתה מכיל יותר מתחום אחד. במקרה זה, מומלץ לפצל את הרצף ולדגמן את הדומיינים בנפרד. צפה בטבלה הבאה של דף התוצאות כדי לקבוע את 10 האנלוגים המבניים המובילים של המודל החזוי הראשון כפי שזוהה על ידי תוכנית היישור המבני, יישור TM.

ציון TM גדול מ-0.5 מצביע על כך שלאנלוגי ולמודל שזוהו יש טופולוגיה דומה וניתן להשתמש בהם כדי לקבוע את המחלקה המבנית או משפחת החלבונים של חלבון השאילתה. אלה עם ציון מדיטציה טרנסנדנטלית נמוך מ-0.3 מעידים על דמיון אקראי במבנה. נתח את זהות הרצף וה-RMSD באזור המיושר מבנית כדי להעריך את שימור המוטיבים המרחביים במודל ובאנלוגי המבני.

בדוק ויזואלית את זוגות השאריות הצבעוניות והמיושרות ביישור כדי לזהות את השאריות והמוטיבים השמורים מבחינה מבנית. התבונן בטבלת מספרי ה-EC החזויים כדי להציג את חמשת ה-OGs הפוטנציאליים המובילים של חלבון השאילתה. רמת הביטחון של חיזוי מספר ה-EC באמצעות תבניות אלה מוצגת כציון EC המבוסס על ניתוח בנצ'מרק.

ניתן לפרש באופן אמין את הדמיון התפקודי בין השאילתה לחלבון התבנית באמצעות ציון EC גדול מ-1.1. לאחר מכן, חפש קונצנזוס של פונקציה בין התבניות, שיש להן קיפול דומה לחלבון השאילתה. אם לתבניות מרובות יש את אותו מספר EC וציון ה- EC גדול מ- 1.1, רמת הביטחון של החיזוי גבוהה מאוד.

עם זאת, אם ציון ה-EC גבוה, אך יש חוסר הסכמה בין הלהיטים שזוהו, החיזוי הופך פחות אמין ומומלץ למשתמשים להתייעץ עם אונטולוגיה של הגנים. תחזיות מונחים מציגות את טבלת המונחים האונטולוגיים של הגנים החזויים כדי לזהות את 10 ההומולוגים המובילים של חלבון שאילתה בספריית PDB עם הערות במונחים אונטולוגיה של גנים, כל חלבון קשור בדרך כלל למונחים אונטולוגיים מרובים של גנים המתארים את הפונקציות המולקולריות, התהליכים הביולוגיים והמיקום התאי שלו. לחץ על כל מונח כדי לבקר באתר amigo ולנתח את ההגדרה והשושלת שלו.

נתח את עמודת ניקוד ההומולוגיה הפונקציונלית כדי לגשת לדמיון הפונקציונלי בין חלבוני השאילתה לתבנית. ניתן גם להעריך את רמת הביטחון של העברת הערות פונקציונליות מחלבונים אלה. הצג את טבלת המונחים של חיזוי הקונצנזוס של אונטולוגיה של גנים כדי לנתח את ההתאמה של התפקוד בין התבניות.

פונקציות נפוצות אלה משמשות לחיזוי המונחים האונטולוגיים של הגנים של חלבון השאילתה ולהערכת רמת הביטחון של תחזיות מונחים גיאוגרפיים. לבסוף, גלול מטה לתחתית העמוד כדי להציג את 10 תחזיות אתרי קשירת הליגנדים המובילים עבור אתרי הקישור החזויים של חלבון השאילתה מדורגים על סמך מספר אישורי הליגנדים החזויים החולקים כיס קשירה משותף. אתר הכריכה המזוהה ביותר כבר מוצג באפליקציית JM OL.

לחץ על כפתורי הבחירה כדי לנתח תחזיות אחרות ולדמיין את שאריות האינטראקציה של הליגנד. ניקוד BS חושף דמיון מקומי בין המודל לאתר איגוד התבניות. ציון BS גדול מ-1.1 מצביע על רצף גבוה ודמיון מבני ליד אתר הקישור החזוי.

במודל בהשוואה לאתר האיגוד הידוע בתבנית, ה- IT הוא דף אינטרנט ראשי המכיל קישורים לתכונות שימושיות אחרות. תכונת הפורום מאפשרת למשתמש ליצור חשבון מקוון ולבקש עזרה ממשתמשי ITER אחרים בנוגע למידול מבנה או לעזרה בפירוש התוצאות. תכונת ההורדה מאפשרת למשתמשים להוריד את iter וחבילות קשורות ולהתקין אותן במחשב שלהם.

זה עוזר להפחית את הזמן הנדרש לביצוע ניסויי הדוגמנות. תכונת התור מאפשרת לראות את הסטטוס של כל המשימות שנשלחו בדף IT a Q. משתמשים יכולים גם לבדוק חזותית את התמונה של מבנים מודלים לעבודות מוגמרות.

בדף זה, המוצג גם בציון ה-TM הצפוי של CSCO וב-RMSD הצפוי של המודל הראשון ותאריך ההגשה המוצג כאן הוא קטע מדף התוצאות של IT AER המציג את רצף השאילתות המעוצב המהיר יותר, המבנה המשני החזוי, וציוני הביטחון המשויכים ונגישות הממס החזויה של השאריות. אזור הליבה המנותח ואתר ההידרציה הפוטנציאלי בשאילתה מודגשים במלבנים ציאן ואדום בהתאמה. כאן מוצגות תחזיות המבנה השלישוני עבור חלבוני השאילתה.

המודלים החזויים מוצגים באפליקציית JML אינטראקטיבית, המאפשרת למשתמש לשנות את תצוגת המולקולה. ניתן להוריד את המודלים גם על ידי לחיצה על קישורי ההורדה, ציון הביטחון להערכת איכות המודל מדווח כ-csco. מוצגת דוגמה לדף התוצאות של itta A המציג את 10 תבניות השרשור והיישורים המובילים שזוהו על ידי תוכניות השרשור של Loomis.

איכות יישורי ההברגה מוערכת על סמך ציון ה-Z המנורמל, כאשר ערך גדול מאחד משקף יישור בטוח. שאריות מיושרות בתבנית הזהות לשאריות השאילתה המתאימות מודגשות בצבע כדי לציין נוכחות של שאריות או מוטיב משומרים. לעומת זאת, חוסר יישור ברוב התבניות העליונות מצביע על נוכחות של תחומים מרובים בחלבון השאילתה והשאריות הלא מיושרות תואמות לאזורי קישור תחום.

טבלה זו מציגה את 10 האנלוגים המבניים והיישורים המבניים המובילים שזוהו על ידי תוכנית היישור המבני המיושרת TM. דירוג האנלוגים מבוסס על ציון ה- TM של היישור המבני. ציון מדיטציה טרנסנדנטלית גדול מ-0.5 מצביע על כך שלשני המבנים המושווים יש טופולוגיה דומה.

בעוד שציון מדיטציה טרנסנדנטלית נמוך מ-0.3 פירושו דמיון בין שני מבנים אקראיים. זוגות שאריות מיושרים מבנית מודגשים בצבע על סמך תכונת חומצות האמינו שלהם בעוד שהאזורים הלא מיושרים מסומנים על ידי מקף. הנה דוגמה לדף התוצאות של ITR המציג הומולוגי אנזימים מזוהים של חלבון השאילתה בספריית PDB.

רמת הביטחון של חיזוי מספר EC מנותחת על סמך ציון EC, כאשר ציון EC גדול מ-1.1 מצביע על דמיון תפקודי בין שאילתה לחלבון תבנית. טבלת חיזוי המונחים האונטולוגיים של הגנים עבור חלבון השאילתה כוללת הומולוגים פונקציונליים עבור חלבון השאילתה בספריית תבניות האונטולוגיה של הגנים המדורגים על סמך ציון ההומולוגיה התפקודית שלהם. מאפיינים פונקציונליים נפוצים מלהיטי הניקוד הגבוהים הללו נגזרים כדי ליצור את תחזיות המונח האונטולוגי הסופי של הגן עבור חלבון השאילתה.

האיכות של מונחי האונטולוגיה של הגנים החזויים מוערכת על סמך ציון גיאוגרפי, כאשר ציון גיאוגרפי גדול מ-0.5 מצביע על חיזוי אמין המוצג כאן כדוגמה לדף התוצאות של IT AZA המציג את 10 התחזיות המובילות של אתרי קשירת ליגנד חלבון באמצעות אלגוריתם הקו-פקטור. דירוג אתרי הקישור החזויים מבוסס על מספר אישורי הליגנדים החזויים החולקים כיס קשירה משותף. בשאילתה, ציון BS הוא מדד לרצף המקומי ולדמיון המבנה בין אתר הקישור החזוי לתבניות והוא שימושי לניתוח השימור של כיסי אתר קשירה.

למרות ש-ISER הוא אחד האלגוריתמים היעילים ביותר לחיזוי מבנה ותפקוד חלבונים, חשוב לזכור שמדובר רק בחיזוי מאלגוריתמים ממוחשבים. כל נתוני ניסוי או תובנות פונקציה, למשל, מידע מחייב אנשי קשר של שאריות יהיה שימושי ביותר להגברת הדיוק של התחזיות. לשרת ה- IT AER יש פורטל הכולל מידע זה במהלך הליך הדוגמנות כדי להכיל את העניין הגובר בו.

Aer, מעבדת Zang הוציאה את תוכנת ה-IT AER בחינם למחקר לא מסחרי. אנו מפתחים באופן פעיל שיפור IT AER ושיפור טועם העיניים, ובתקווה שזמינותו תוביל ליישום בקנה מידה גדול מחוץ למעבדת Zang ותועיל ותעודד מחקר נוסף בקהילה המדעית.