2017년 7월 16일
Bio3D-web을 이용한 단백질 서열 - 구조 - 역학 관계에 대한 온라인 조사 프로토콜을 제시한다.
Bio3D-web의 전반적인 목표는 단백질군의 염기서열, 구조 및 확인 다양성에 대한 대화형 분석을 가능하게 하는 것입니다. Bio3D-web은 대규모 단백질 패밀리 내에서 서열, 구조 및 역학 간의 관계를 이해하는 데 도움이 되는 새로운 웹 앱입니다. Bio3D-web의 주요 장점은 사용자의 사전 프로그래밍 지식이 필요하지 않은 대화식의 재현 가능한 온라인 시퀀스, 구조 및 역학 분석을 제공한다는 것입니다.
분석을 위한 구조를 입력하려면 단백질 데이터베이스를 검색하여 아데닐레이트 키나아제의 PDB ID를 얻습니다. 아데닐레이트 키나아제에 대한 4자 길이의 PDB ID를 입력하거나 입력 구조 또는 서열 패널의 텍스트 상자에 단백질 염기서열을 붙여넣습니다. 첫 번째 패널에서 파란색 다음 히트 선택 버튼을 클릭하거나 추가 분석을 위해 패널 B 히트 선택으로 스크롤을 내리십시오.
Limit total number of included structures 슬라이더가 컷오프 위의 모든 구조체를 포함하도록 최대값으로 설정되어 있는지 확인합니다. 더 먼 거리와 관련된 히트를 포함하려면 포함 BitScore 컷오프를 낮추거나 제외하도록 늘리십시오. 선택한 히트가 PDB 이름, 종 및 결합된 리간드와 같은 테이블의 세부 정보를 검사하여 관련 구조를 나타내는지 확인합니다.
정렬(align) 탭을 클릭하여 검색 탭에서 선택한 구조의 시퀀스 정렬을 수행합니다. 특히 염기서열 유사성이 30% 미만인 경우와 같이 더 먼 거리에서 관련된 단백질을 분석할 때 정렬 오류가 발생할 수 있습니다. 항상 정렬 탭에서 염기서열 정렬을 다시 확인하고 수정하십시오. 패널 A 정렬 요약에서 정렬 요약을 검토합니다.
관심 영역이 정렬되어 있고 하나 이상의 구조체에 있는 간격으로 마스킹되지 않는지 확인합니다. 파란색 다음 분석 버튼을 클릭하여 수집된 구조에 대한 시퀀스 기반 클러스터링 분석을 수행합니다. 그런 다음 파란색 다음 보존 버튼을 클릭하여 열 단위 잔류 물 보존을 계산합니다.
정렬된 구조 세트를 선택하여 각 정렬 위치에서 잔류 보전의 플롯을 생성합니다. 맞춤 탭으로 들어가 구조 중첩을 수행합니다. 단백질 구조가 육안 검사를 통해 해당 및 관련 영역에 겹쳐져 있는지 확인하십시오.
마우스를 클릭하고 구조 위로 끌어 회전하고 스크롤하여 확대/축소합니다. 색상 옵션을 클릭하여 구조물의 색상을 조정하십시오. 그런 다음 파란색 다음 분석 버튼을 클릭하여 수집된 PDB 구조의 구조 기반 클러스터링을 수행합니다.
플롯 옵션 드롭다운 메뉴에서 RMSD 히트 맵을 토글합니다. 파란색 nest RMSF 버튼을 클릭하면 X축의 가장자리 영역에 표시된 주요 2차 구조 요소와 함께 각 잔류물의 구조 변동성을 볼 수 있습니다. PCA 탭으로 들어가 주성분 분석을 수행합니다.
주요 구성 요소를 시각화하려면 show PC trajectory 확인란을 전환하여 브라우저 내 시각화 도구로 주요 구성 요소에서 설명하는 모션을 시각화합니다. 첫 번째 드롭다운 메뉴에서 주성분 1이 선택되어 있는지 확인합니다. 다른 주성분에 의해 설명된 모션을 시각화하려면 주성분 선택 드롭다운 메뉴에서 원하는 PC를 선택합니다.
파란색 다음 플롯 버튼을 클릭하여 선택한 두 대의 PC에 개별 구조를 투영합니다. X축의 PC가 1로 설정되어 있고 Y축의 PC가 2로 설정되어 있는지 확인합니다. 구조를 다른 주요 구성 요소에 투영하려면 그에 따라 PC 번호를 조정하십시오.
플롯에서 개별 점을 클릭하여 구조에 레이블을 지정합니다. 또는 플롯 아래의 PCA conconformity 플롯 주석 테이블에서 하나 이상의 구조를 강조 표시합니다. 파란색 next residue contributions 버튼을 클릭하여 개별 주성분에 대한 잔차 기여도를 계산합니다.
추가 주성분에 대한 기여도를 도표화하려면 주성분 선택 텍스트 상자에 PC 번호를 포함시킵니다. eNMA 탭을 클릭하여 일반 모드의 계산을 시작합니다. 구조 포함 또는 제외에 대한 컷오프를 낮추거나 늘려 구조 수를 조정합니다.
녹색 런 앙상블 NMA를 클릭하여 일반 모드 해석 계산을 시작합니다. 일반 모드의 시각화를 위해 일반 모드 시각화라고 하는 eNMA 탭의 두 번째 패널까지 아래로 스크롤합니다. 파란색 다음 변동 버튼을 클릭하여 앙상블 정규 모드 해석을 위해 선택한 구조의 잔류물별 변동을 계산합니다.
RMSD로 클러스터를 전환하여 RMSD 기반 클러스터링에 따라 변동 프로파일에 색상을 지정합니다. 스프레드 라인 확인란을 전환하여 그룹화된 변동 프로파일을 서로 분리하여 플롯합니다. 그런 다음 파란색 다음 PCA 대 NMA 버튼을 클릭하여 개별 정규 모드와 주성분 간의 유사성을 계산합니다.
아래쪽에 있는 파란색 다음 버튼을 클릭하여 해석 결과, 사용자 정의 입력 및 매개 변수 선택 항목에 대한 보고서를 생성합니다. 보고서는 공유 가능한 PDF, Word 및 HTML 형식으로 다운로드할 수 있습니다. 보고서에는 나중에 분석 세션을 다시 방문할 수 있는 링크도 포함되어 있으며, 이 링크는 공동 작업자와 공유할 수도 있습니다.
여기에 표시된 것은 식별된 불변 코어에 중첩된 아데닐레이트 키나아제의 사용 가능한 PDB 구조입니다. 구조체는 맞춤 탭에 제공된 RMSD 기반 클러스터링에 따라 색상이 지정됩니다. 주성분의 시각화는 PCA 탭에서 데이터 세트의 주요 구조적 변화를 특성화할 수 있습니다.
여기서, 제1 주성분에 해당하는 궤적은 단백질의 대규모 폐쇄 운동을 보여주는 튜브 표현으로 표시됩니다. 구조는 conformal variability의 낮은 차원 표현을 보여주는 conconformity plot의 두 개의 첫 번째 주성분에 투영됩니다. 각 점 또는 구조는 사용자 지정 기준(이 경우 PCA 기반 클러스터링 결과)에 따라 색상이 지정됩니다.
eNMA 탭의 일반 모드 분석은 닫힌 상태와 비교하여 열린 상태의 구조물에 대한 향상된 로컬 및 글로벌 역학을 제안합니다. Bio3D-web을 사용하여 염기서열 및 구조 세트를 탐색하고 몇 분 내에 관심 단백질 계열의 일반적인 추세를 이해할 수 있습니다. Bio3D-web ha는 kinesin 슈퍼패밀리의 구조 분석을 알리는 데 도움이 되었습니다.
Bio3D-web은 시퀀스-구조-동적 관계에 대한 완전히 맞춤화된 조사를 위한 완벽한 워크플로우를 제공합니다. 이 워크플로우는 PCA를 사용한 상호 적합성 관계 매핑과 앙상블 NMA를 사용하여 대규모 이종 구조 세트에 걸친 로컬 및 글로벌 역학의 정량적 비교를 위한 기능을 제공합니다. 대부분의 연구자들은 Bio3D-web을 통해 관심 단백질 계열의 일반적인 경향을 이해한 다음 보다 전문화된 분석에 정보를 제공할 수 있을 것으로 예상됩니다.
따라서 Bio3D-web은 모든 사용자 정의 매개변수를 포함하는 공유 가능한 요약 보고서가 있는 가설 생성 도구로 설계되었습니다. Bio3D-web의 결과도 다운로드할 수 있으며 Bio3D-R 패키지와 완벽하게 호환되어 더욱 심층적인 분석을 수행할 수 있습니다. 이제 주어진 단백질 계열에 대해 많은 구조를 사용할 수 있으며, 종종 다른 조건에서 측정됩니다.
이러한 많은 수의 구조를 비교하면 리간드 결합, 촉매 작용 및 알로스테릭 조절과 같은 기능에 중요한 구조적 메커니즘에 대해 알 수 있습니다. Bio3D-web은 전용 소프트웨어를 설치하거나 새로운 프로그래밍 언어를 배우지 않고도 널리 액세스할 수 있고 사용하기 쉽습니다. Bio3D-web은 모든 주요 브라우저에서 지원됩니다.
로컬 설정을 위한 전체 소스 코드 및 설정 지침은 무료로 사용할 수 있습니다.
이 기사는 단백질 서열, 구조 및 역학의 상호 작용 분석을 위해 설계된 웹 애플리케이션인 Bio3D-web의 사용 프로토콜을 제시합니다. 이를 통해 연구자들은 프로그래밍 지식 없이 대규모 단백질 계열 내의 관계를 탐색할 수 있습니다.
Bio3D-web enables biopharma researchers to rapidly explore sequence-structure-dynamics relationships across protein families, supporting target validation and mechanistic de-risking in early discovery. By providing interactive, reproducible analysis without programming barriers, it accelerates hypothesis generation and informs downstream assay development and lead identification efforts. The tool enhances predictive confidence by revealing functional dynamics and conservation patterns critical for prioritizing therapeutically relevant targets.
Bio3D-web fits within the early discovery continuum, supporting target validation through structural insights that inform lead identification and preclinical prioritization by reducing mechanistic uncertainty.