단백질 지혜 : 용 워크 벤치 실리코에 드 노보 디자인

다음 실험의 전반적인 목표는 접힘, 결합 또는 기능적 특성을 개선하기 위해 단백질 또는 펩타이드를 설계하는 것입니다. 이는 단백질 또는 복잡한 구조를 업로드하고 돌연변이 및 생물학적 제약 조건을 정의하여 달성됩니다.설계 목표를 두 번째 단계로 정의하기 위해 염기서열 선택 최적화가 수행되며, 이는 안정성과 상호 작용 특성이 향상된 많은 수의 가능한 단백질 또는 펩타이드 염기서열을 생성합니다. 다음 접기.

특이성 및/또는 근사 결합 친화도 계산은 설계된 단백질 또는 펩타이드의 원하는 개선된 특성을 검증하기 위해 설계된 염기서열에서 수행됩니다. 절차를 통해 생성된 구조의 컴퓨터 분석을 기반으로 설계된 시퀀스의 개선된 특성을 보여주는 결과를 얻을 수 있습니다. 이 프로토콜은 프린스턴 대학의 플루트 연주자인 Chris Doles 교수의 실험실에서 개발되었습니다.

이 일반적인 컴퓨터 de novo 단백질 설계 프로토콜은 단백질 설계의 몇 가지 중요한 영역을 처리할 수 있습니다. 여기에는 안정성 향상을 위한 단량체 단백질의 설계와 결합 친화력 향상을 위한 복합체의 설계가 포함됩니다. 우리는 H-I-V-G-P 41 억제제의 억제제, 암 치료제 및 억제제에 대한 EZH 2를 표적으로 하는 것, 보체 성분 C3를 표적으로 하는 것을 포함하여 다양한 치료 분야에서 몇 가지 주목할 만한 성공적인 설계를 A.In 있으며, 단백질 설계 방법론을 더 넓은 학계에 적용하기 위해 Protein Wisdom이라는 웹 인터페이스를 개발했습니다.

이 인터페이스를 통해 사용자는 템플릿 제출, 설계 제약 조건 정의 및 방법 매개 변수 사양을 완전히 제어하여 다양한 설계 문제에 대한 설계 방법을 쉽게 사용할 수 있습니다.텍스트 프로토콜에 설명된 대로 protein wisdom 웹 사이트에 사용자 등록 후 단백질 서열 및 템플릿 구조를 제출하되 사용자 로그인 버튼을 클릭합니다. 단백질 설계 실험을 시작하기 위해 사용자는 제출된 작업 수, 업로드된 구조 수 및 지금까지 업로드된 구조 목록이 나열된 사용자 홈페이지를 제공합니다. 새 설계 작업을 시작합니다.

새 작업 만들기를 클릭하면 사용자가 작업 제출 페이지로 이동합니다. 작업에 이름을 지정하고 이전 작업을 기반으로 하는지 여부를 나타냅니다. 계속을 클릭합니다.

디자인 템플릿의 단백질 구조를 업로드합니다. 이 템플릿은 표준 단백질 데이터 뱅크 또는 PDB 형식이어야 합니다. 모든 원자에 대해 하나의 좌표 세트가 있는 견고한 템플릿일 수도 있고 NMR 용액 구조에서 얻은 것과 같은 여러 모델이 있는 유연한 템플릿일 수도 있습니다.

단일 단백질을 설계하는 경우 사슬은 하나뿐일 수 있습니다. 템플릿에서 사용자는 새 템플릿을 업로드하거나 이전에 업로드한 기존 템플릿에서 선택할 수 있습니다. 여러 템플릿이 업로드된 경우 각 모델이 모델 번호로 시작하고 끝 모델로 끝나야 합니다.

모든 잔류물이 천연 아미노산으로 지정되었는지 확인하십시오. 계속을 클릭합니다. 템플릿이 성공적으로 업로드되고 확인되면 사용자는 기본 컨트롤 페이지로 이동합니다.

이 페이지에서 사용자는 작업 상태를 보고, 돌연변이 세트 및 생물학적 제약 조건을 수정하고, 1단계 염기서열 선택을 위해 작업을 제출할 수 있습니다. 이 시점에서 1단계가 완료되지 않았으므로 2단계에 대한 옵션이 없습니다. 1단계의 결과를 사용할 수 있게 되면 나타납니다.

다음으로, 메인 컨트롤 페이지에서 mutation sets 링크를 클릭하여 mutation sets를 정의하고, 돌연변이가 허용될 잔기를 선택하고, 돌연변이가 허용될 아미노산을 선택합니다. 기본적으로 주어진 위치에서 허용 가능한 아미노산은 용매에 접근할 수 있는 표면적 또는 SSA 돌연변이 세트가 필요한지에 따라 선택됩니다. 변형 세트를 선택한 후 변경 사항 저장을 클릭합니다.

해결해야 할 최적화의 계산 복잡성을 기록해 두십시오. 허용되는 계산 복잡성에 대한 20에서 25의 거듭제곱 상한이 있습니다. 그런 다음 기본 제어 페이지에서 생물학적 제약 조건을 클릭하여 생물학적 제약 조건을 정의하고, 전체 단백질 또는 단백질 한계의 일부에 걸쳐 전하 또는 아미노산 함량 제약 조건을 지정합니다.

필요한 경우 발생할 수 있는 총 돌연변이 수, 생물학적 제약은 선택 사항입니다. 완료되면 기본 컨트롤 페이지로 돌아갑니다. 스테이지 1 시작 링크를 클릭하여 사용자가 스테이지 1 페이지를 제출하도록 합니다.

체인을 선택하여 거리 종속 하중 필드를 생성하기 위한 시퀀스 수와 모델 계산을 설계합니다. 이러한 선택에 대한 자세한 내용은 텍스트 프로토콜에서 확인할 수 있습니다. 작업을 제출하면 사용자가 기본 컨트롤 페이지로 다시 리디렉션됩니다.

작업의 현재 진행 상황을 나타내기 위해 작업 상태가 업데이트됩니다. 제출 후 편집을 위해 작업이 잠깁니다. 작업이 완료되면 사용자는 설계된 시퀀스 목록으로 구성된 결과가 포함된 이메일을 받게 됩니다.

결과는 기본 컨트롤 페이지에서도 볼 수 있습니다. 2단계 특이도에 대한 상자가 페이지에 나타나 사용자가 이 검증을 수행할 수 있도록 하려면 2단계 특이성 시작을 클릭합니다. 빌드 스테이지 2 페이지를 입력하려면 템플릿 유연성 계수를 거리의 백분율 또는 고정 거리로 지정하여 상한 및 하한 알파 탄소, 알파 탄소 거리 경계를 정의합니다.

다음으로, PHI와 측면 이면각의 상한 및 하한 각도 경계를 정의합니다. 템플릿 유연성 계수를 백분율로 지정하여 제출 버튼을 클릭하고, 생성할 시퀀스당 구조체 수를 지정한 다음 계속을 클릭합니다. 생성할 시퀀스당 500개의 구조체의 상한이 있습니다.

그런 다음 계속을 클릭하여 폴드 검증을 위해 제출할 의도를 확인합니다. 1단계와 2단계는 2단계가 완료될 때까지 편집을 위해 잠겨 있습니다. 작업이 완료되면 결과가 포함된 이메일이 사용자에게 전송되며, 이는 기본 제어 페이지에서도 볼 수 있습니다.

여기에서 설계된 시퀀스, 1단계의 해당 에너지 값 및 2단계의 폴드 특이성 값이 포함된 텍스트 파일을 보고 다운로드할 수 있습니다. 또한 사용자는 결과 보기 링크를 클릭할 수 있으며, 이 링크를 클릭하면 브라우저에 1단계 순위 및 에너지 값, 2단계 순위 및 폴드 특이성 값이 포함된 테이블이 표시됩니다. 대략적인 결합 친화도 계산은 설계된 리간드 단백질 또는 펩타이드의 나머지 복합체에 대한 친화도를 결정하는 데 사용됩니다.

이러한 계산은 1단계 직후 또는 폴드 특이성 계산이 완료된 후에 수행할 수 있습니다. 시작하려면 시퀀스 번호를 클릭하여 시퀀스를 선택합니다. 대략적인 결합 친화도 계산을 시작하기 위해 사용자는 염기서열 선택 및 폴드 특이성 순위와 함께 설계 서열 목록을 표시하는 시퀀스 선택 페이지로 이동합니다.

시퀀스가 선택되고 저장되면 사용자는 기본 컨트롤 페이지로 리디렉션됩니다. 그런 다음 2단계 시작, 근사 바인딩 선호도를 클릭하여 완료 시 작업을 제출하면 시퀀스 번호, 근사 바인딩, 선호도 및 파티션 함수의 값이 포함된 첨부 파일이 포함된 결과가 사용자에게 이메일로 전송됩니다. 이후의 모든 근사 바인딩 어피니티 작업에 대해 이 파일에는 완료된 모든 시퀀스에 대한 결과가 포함됩니다.

전체 결과는 표시된 작업에 대한 기본 제어 페이지에 액세스하여 볼 수도 있습니다. 다음은 GP 41 코어와 복합체를 가진 14 잔기 가교 펩타이드 C 14 링크 중간의 결정 구조인 HIV one의 진입 억제제에 대한 설계 템플릿입니다. 이 템플릿 펩타이드는 강력한 억제제로 알려져 있으며 교차결합제가 제거된 상태로 제출됩니다.

설계 입력이 정의되고 1단계 시퀀스 선택을 위해 시스템이 제출된 후. 정렬된 시퀀스 선택 결과는 기본 작업 페이지의 결과 보기 링크를 통해 액세스할 수 있습니다. 이 링크는 주어진 시스템에 대해 계산된 모든 결과에 대한 쉽게 읽을 수 있는 요약을 제공하며, 이는 스테이지 결과별로 정렬할 수 있습니다.

빠른 분석을 위해 sequence results link를 통해 결과를 시각화할 수도 있으며, 이 링크는 선택한 sequences에 대한 요약을 3글자 아미노산 코드로 제공합니다. 결과에 액세스하기 위한 세 번째 옵션은 에너지 결과 링크를 사용하는 것으로, 이 링크에는 선택한 시퀀스, 해당 에너지 및 솔루션에 대한 모델을 해석하는 데 걸린 시간으로 실행 된 최적화 모델에 대한 요약이 제공됩니다. 1단계 완료, 염기서열 선택 및 2단계 특이성 및 근사 결합 친화도 방법 제출 후, 결과 요약 보기 섹션에서 결과에 액세스하고 정렬할 수 있습니다.

또는 fold specificity Results 섹션의 fold specificity Results 섹션에서 개별적으로 볼 수 있으며, sequence number 및 fold specificity 값은 배열로 제공됩니다. 샘플 근사 결합 친화도 계산의 결과는 정렬 가능한 목록으로 표시됩니다 보기 결과 섹션에서 근사 결합 친화도 계산을 위해 실행된 모든 시퀀스에는 보기 열에 강조 표시된 링크가 있습니다. 보기 링크를 클릭하면 설계 정보 페이지로 이동할 수 있습니다.

이 페이지는 사용된 모든 복잡한 펩타이드 구조에 대한 다운로드 가능한 zip 파일을 제공합니다. 복합 구조와 펩타이드 구조 모두에 대한 최종 구조 설계 단계에서는 상위 10개의 가장 낮은 에너지 구조가 순위 순서로 나열되어 있습니다. 각 구조에는 사용자가 대화형 JM O 환경에서 구조를 볼 수 있도록 하는 보기 링크가 있습니다.

사용자가 각 구조를 개별적으로 다운로드할 수 있도록 다운로드 링크도 제공됩니다. 결과에 대한 자세한 내용은 approximate binding affinity results 섹션에 나와 있습니다. 이 섹션에서는 펩타이드 단백질 및 복합 분할 기능에 대한 값과 함께 최종 근사 결합 친화도 값을 제공합니다.

단백질의 지혜를 사용하여 작업하는 동안 설계 제약 조건의 선택이 전체 설계 결과에 큰 영향을 미칠 수 있다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 설계 제약 조건은 최적화 알고리즘이 탐색해야 하는 염기서열 공간의 양을 제한하여 전체 검색 속도를 높일 뿐만 아니라 실험 정보에서 파생된 최적화 제약 조건을 활용하면 생물학적으로 관련된 단백질 설계를 얻을 수 있습니다. 우리는 웹 인터페이스 protein wisdom을 통한 설계 방법의 가용성이 설계 방법의 더 넓은 사용을 가능하게 하기를 바랍니다.

우리는 설계 방법의 기능을 지속적으로 확장 및 개발하고 있으며 가까운 장래에 다량체 시스템, 단백질 DNA 상호 작용 및 번역후 변형 및 비표준 아미노산을 포함한 설계를 포함하도록 프레임워크를 일반화할 수 있기를 희망합니다. 확장이 이루어질 때마다 단백질 지혜(protein Wisdom)를 통한 이 방법을 사용할 수 있게 됨에 따라 학계에서 쉽고 효율적으로 적용할 수 있게 되었습니다.