July 16th, 2017
Przedstawiono protokół do badania online relacji sekwencja-struktura-dynamika białek za pomocą Bio3D-web.
Ogólnym celem Bio3D-web jest umożliwienie interaktywnej analizy sekwencji, struktury i potwierdzonej różnorodności rodzin białek. Bio3D-web to nowa aplikacja internetowa, która może pomóc nam zrozumieć relacje między sekwencją, strukturą i dynamiką w dużych rodzinach białek. Główną zaletą Bio3D-web jest to, że zapewnia interaktywną i powtarzalną analizę sekwencji, struktury i dynamiki online, która nie wymaga wcześniejszej wiedzy programistycznej ze strony użytkownika.
Aby wprowadzić strukturę do analizy, uzyskaj identyfikator PDB kinazy adenylanowej, przeszukując bazę danych białek. Wprowadź czteroznakowy identyfikator PDB dla kinazy adenylanowej lub wklej sekwencję białka w polu tekstowym struktury wejściowej lub panelu sekwencji. Kliknij niebieski przycisk wyboru następnego trafienia w pierwszym panelu lub po prostu przewiń w dół do wyboru trafienia w panelu B, aby uzyskać dalszą analizę.
Upewnij się, że suwak Limit całkowitej liczby dołączonych struktur jest ustawiony na wartość maksymalną, aby uwzględnić wszystkie struktury powyżej punktu odcięcia. Zmniejsz wartość graniczną BitScore włączenia, aby uwzględnić bardziej odległe powiązane trafienia, lub zwiększ ją, aby wykluczyć. Upewnij się, że wybrane trafienia reprezentują odpowiednie struktury, sprawdzając szczegóły tabeli, takie jak nazwa PDB, gatunki i związane ligandy.
Kliknij kartę Wyrównaj, aby wykonać sekwencyjne wyrównanie wybranych struktur z karty wyszukiwania. Istnieje możliwość wystąpienia błędów dopasowania, zwłaszcza podczas analizowania bardziej odległych spokrewnionych białek, na przykład gdy podobieństwo sekwencji jest poniżej 30%Zawsze dwukrotnie sprawdzaj i koryguj wyrównanie sekwencji w zakładce wyrównania. Przejrzyj podsumowanie wyrównania w panelu Podsumowanie wyrównania.
Upewnij się, że obszary zainteresowania są wyrównane i nie są maskowane przez przerwy w jednej lub kilku strukturach. Kliknij niebieski przycisk następnej analizy, aby przeprowadzić analizę grupowania opartą na sekwencjach zebranych konstrukcji. Następnie kliknij niebieski przycisk Dalej konserwacji, aby obliczyć ochronę pozostałości w kolumnie.
Wybierz zestawy wyrównanych struktur, aby wygenerować wykres zachowania pozostałości w każdej pozycji wyrównania. Wykonaj nakładanie konstrukcji, wchodząc w zakładkę pasowania. Upewnij się, że struktury białkowe są nałożone na odpowiednie i odpowiednie regiony poprzez oględziny.
Kliknij i przeciągnij myszą nad strukturą, aby ją obrócić, i przewiń, aby powiększyć. Dostosuj kolorystykę struktur, klikając opcje kolorów. Następnie kliknij niebieski przycisk Następna analiza, aby przeprowadzić grupowanie zebrane struktury PDB w oparciu o strukturę.
Przełącz mapę cieplną RMSD w menu rozwijanym opcji wykresu. Kliknij niebieski przycisk RMSF zagnieżdżenia, aby wyświetlić zmienność struktury każdej pozostałości z głównymi elementami struktury drugorzędowej pokazanymi w obszarach brzeżnych osi X. Wykonaj analizę składowych głównych, wchodząc w zakładkę PCA.
Aby zwizualizować główne komponenty, przełącz pole wyboru pokaż trajektorię komputera, aby wizualizować ruchy opisane przez główne komponenty za pomocą narzędzia do wizualizacji w przeglądarce. Upewnij się, że główny składnik pierwszy został wybrany z pierwszego menu rozwijanego. Aby zobrazować ruchy opisane przez inne główne komponenty, wybierz żądany komputer z menu rozwijanego wybierz główny komponent.
Rzutuj poszczególne struktury na dwa wybrane komputery, klikając niebieski przycisk następnej działki. Upewnij się, że komputer na osi X jest ustawiony na jeden, a komputer na osi Y na dwa. Aby rzutować struktury na inne główne komponenty, dostosuj odpowiednio numerację komputerów.
Kliknij dowolne punkty na wykresie, aby oznaczyć struktury. Alternatywnie wyróżnij jedną lub więcej struktur w tabeli Adnotacja wykresu konformer PCA poniżej wykresu. Oblicz udział pozostałości w poszczególnych głównych składnikach, klikając niebieski przycisk obok udziału pozostałości.
Wykreśl składki dla dodatkowych składników głównych, umieszczając numer komputera w polu tekstowym Wybierz składnik główny. Kliknij kartę eNMA, aby rozpocząć obliczenia w trybie normalnym. Dostosuj liczbę struktur, zmniejszając lub zwiększając wartość odcięcia dla dołączania lub wykluczania struktury.
Kliknij zielony zestaw przebiegów NMA, aby rozpocząć obliczanie analizy w trybie normalnym. Przewiń w dół do drugiego panelu karty eNMA, zwanego wizualizacją trybów normalnych, w celu wizualizacji trybów normalnych. Kliknij niebieski przycisk Następne fluktuacje, aby obliczyć fluktuacje względem pozostałości struktur wybranych do analizy w trybie normalnym zespołu.
Przełącz klaster według funkcji RMSD, aby pokolorować profile fluktuacji według klastrowania opartego na funkcji RMSD. Przełącz pole wyboru linii rozrzutu, aby wykreślić zgrupowane profile fluktuacji oddzielnie od siebie. Następnie kliknij niebieski przycisk obok PCA w porównaniu z NMA, aby obliczyć podobieństwo między poszczególnymi modami normalnymi i głównymi komponentami.
Kliknij niebieski przycisk obok u dołu, aby wygenerować raport z wynikami analizy, danymi wejściowymi zdefiniowanymi przez użytkownika i wybranymi parametrami. Raport można pobrać w formatach PDF, Word i HTML, które można udostępniać. Raport zawiera również link do ponownego odwiedzenia sesji analitycznej w późniejszym czasie, który można również udostępnić współpracownikom.
Przedstawiono dostępne struktury PDB kinazy adenylanowej nałożone na zidentyfikowany rdzeń niezmienniczy. Struktury są kolorowane zgodnie z klastrowaniem opartym na RMSD dostępnym na karcie dopasowania. Wizualizacja głównych składowych jest dostępna w zakładce PCA w celu scharakteryzowania głównych zmian konformacyjnych w zbiorze danych.
W tym przypadku trajektoria odpowiadająca pierwszemu głównemu składnikowi jest pokazana w reprezentacji rurki pokazującej ruch zamykający białko na dużą skalę. Struktury są rzutowane na ich dwie pierwsze główne składowe na wykresie konformacyjnym przedstawiającym niskowymiarową reprezentację zmienności konformacyjnej. Każda kropka lub struktura jest kolorowana zgodnie z kryteriami określonymi przez użytkownika, w tym przypadku wynikami grupowania opartego na PCA.
Analiza w trybie normalnym w zakładce eNMA sugeruje zwiększoną dynamikę lokalną i globalną dla konstrukcji w stanie otwartym w porównaniu ze stanem zamkniętym. Bio3D-web może być wykorzystany do badania zestawów sekwencji i struktur oraz pomóc w zrozumieniu ogólnych trendów w rodzinie białek będących przedmiotem zainteresowania w ciągu kilku minut. Bio3D-web ha pomógł mi w analizie strukturalnej nadrodziny kinezyny.
Bio3D-web zapewnia kompletny przepływ pracy do w pełni dostosowanego badania relacji sekwencja-struktura-dynamika. Ten przepływ pracy zapewnia funkcjonalność mapowania relacji zgodności z PCA oraz ilościowego porównywania dynamiki lokalnej i globalnej w dużych zestawach struktur heterogenicznych przy użyciu NMA zespołowego. Przewiduje się, że większość badaczy skorzysta z Bio3D-web, aby zrozumieć ogólne trendy w swojej rodzinie białek, które są przedmiotem ich zainteresowania, co może następnie dostarczyć informacji do dalszych specjalistycznych analiz.
Bio3D-web został zatem zaprojektowany jako narzędzie do generowania hipotez z możliwymi do udostępnienia raportami podsumowującymi, które zawierają wszystkie parametry zdefiniowane przez użytkownika. Wyniki z Bio3D-web są również dostępne do pobrania i są w pełni kompatybilne z pakietem Bio3D-R w celu dalszej dogłębnej analizy. Obecnie dostępnych jest wiele struktur dla danej rodziny białek, często określanych w różnych warunkach.
Porównanie tej dużej liczby struktur może nam powiedzieć o mechanizmach strukturalnych krytycznych dla ich funkcji, takich jak wiązanie ligandów, kataliza i regulacja allosteryczna. Bio3D-web jest powszechnie dostępny i łatwy w użyciu bez konieczności instalacji dedykowanego oprogramowania lub nauki nowego języka programowania. Bio3D-web jest obsługiwany we wszystkich głównych przeglądarkach.
Pełny kod źródłowy i instrukcje konfiguracji dla instalacji lokalnej są dostępne bezpłatnie.
Ten artykuł przedstawia protokół korzystania z Bio3D-web, aplikacji internetowej przeznaczonej do interaktywnej analizy sekwencji, struktury i dynamiki białek. Umożliwia badaczom eksplorowanie relacji w obrębie dużych rodzin białek bez wymogu znajomości programowania.
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.