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Otimização de proteínas sintéticas: Identificação de interposição Dependências Indicating Estrutu...
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JoVE Journal Chemistry
Optimization of Synthetic Proteins: Identification of Interpositional Dependencies Indicating Structurally and/or Functionally Linked Residues

Otimização de proteínas sintéticas: Identificação de interposição Dependências Indicating Estruturalmente e / ou resíduos funcionalmente ligadas

Full Text
7,768 Views
07:08 min
July 14, 2015

DOI: 10.3791/52878-v

R. Wolfgang Rumpf1, William C. Ray1

1Battelle Center for Mathematical Medicine,The Research Institute at Nationwide Children's Hospital

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This protocol utilizes StickWRLD to identify co-evolving residues in protein alignments, highlighting interpositional dependencies (IPDs) that are crucial for protein activity. By incorporating IPDs into protein design, researchers can achieve more efficient results.

Key Study Components

Area of Science

  • Protein Design
  • Bioinformatics
  • Structural Biology

Background

  • Co-evolving residues indicate interpositional dependencies (IPDs).
  • Ignoring IPDs can lead to suboptimal protein designs.
  • StickWRLD is a visual analytics tool for protein alignment analysis.
  • Understanding IPDs is essential for rational protein design.

Purpose of Study

  • To identify co-evolving residues that imply IPDs.
  • To enhance the efficiency of protein design processes.
  • To demonstrate the utility of StickWRLD in visualizing protein alignments.

Methods Used

  • Load protein alignments into StickWRLD.
  • Visualize co-evolving residues using 3D representations.
  • Adjust residual thresholds to identify significant relationships.
  • Output data on identified IPDs for further analysis.

Main Results

  • Identification of significant IPDs in protein sequences.
  • Visualization of co-evolving residues through interactive 3D models.
  • Demonstration of the importance of IPDs in protein functionality.
  • Successful application of StickWRLD in analyzing protein alignments.

Conclusions

  • Incorporating IPDs into protein design can enhance activity.
  • StickWRLD serves as an effective tool for visualizing protein interactions.
  • Understanding co-evolution is critical for rational protein engineering.

Frequently Asked Questions

What is StickWRLD?
StickWRLD is a visual analytics tool used to analyze protein alignments and identify co-evolving residues.
Why are interpositional dependencies important?
IPDs are crucial for protein activity and can significantly impact the effectiveness of protein designs.
How does one visualize protein alignments in StickWRLD?
Users can load protein alignments into StickWRLD and utilize its 3D visualization features to explore co-evolving residues.
What are co-evolving residues?
Co-evolving residues are amino acids in a protein that change together over time, indicating functional relationships.
What is the significance of this study?
This study highlights the importance of considering IPDs in protein design, which can lead to more effective and functional proteins.

As sequências de proteínas sintéticas baseadas em motivos de consenso normalmente ignoram resíduos co-evolutivos, que implicam dependências interposicionais (IPDs). Os IPDs podem ser essenciais para a atividade, e projetos que os desconsideram podem resultar em resultados abaixo do ideal. Este protocolo usa StickWRLD para identificar IPDs e ajudar a informar o design racional de proteínas, resultando em resultados mais eficientes.

O objetivo geral deste procedimento é identificar resíduos co-evolutivos em alinhamentos de proteínas que implicam dependências interposicionais ou IPDs. Isso é feito carregando primeiro o alinhamento no mundo do bastão, que é uma ferramenta de análise visual que cria uma representação 3D interativa de um alinhamento de proteína e exibe claramente os resíduos variáveis no mundo do bastão. Cada posição no alinhamento é representada como uma coluna composta por uma pilha de esferas, uma esfera para cada um dos 20 aminoácidos possíveis nessa posição dentro do alinhamento que são dimensionados de maneira dependente da frequência, as colunas que representam cada posição são enroladas em torno de um cilindro para representar IPDs.

As linhas são traçadas entre os resíduos, que estão co-evoluindo mais ou menos do que seria esperado se os resíduos presentes nas posições fossem dependentes dentro do programa. O resíduo é ajustado até que haja um número gerenciável de arestas e, em seguida, as arestas de interesse são identificadas. Em última análise, o mundo do bastão é usado para identificar resíduos que estão co-evoluindo uns com os outros.

Esses resíduos de coving funcionalmente necessários foram identificados em uma quinase ventilada. Uma das razões pelas quais as pessoas lutam com esse processo é por causa da novidade. É quase tanto uma forma de arte quanto uma ciência.

Demonstrar visualmente o stick world é importante porque é uma ferramenta de análise visual e requer interação do usuário.Ação. Use um computador que tenha um processador Intel I, cinco ou superior com pelo menos quatro gigabytes de Bram, esteja executando o Mac OS 10 ou o sistema operacional Linux e esteja equipado com as bibliotecas Python listadas no protocolo de texto. Baixe o Stick World como um arquivo zip contendo todos os scripts Python relevantes.

Além disso, baixe o script de duas varetas FASTA para converter alinhamentos de sequência de proteína de DNA fasta padrão para o formato do mundo da vara. Extraia o arquivo e coloque a pasta stick world resultante e o script FASTA de duas varas na área de trabalho. Em seguida, crie um alinhamento das sequências de proteínas usando qualquer software de alinhamento padrão.

Salve o alinhamento na área de trabalho. Infestar um formato. Abra o aplicativo de terminal no computador macro Linux e navegue até a área de trabalho digitando CD tilda slash desktop e pressionando return no terminal.

Digite o comando para tornar o script de dois sticks FASTA executável e, em seguida, digite o comando para executar o script. Siga as instruções na tela fornecidas pelo script para especificar o nome do arquivo de entrada e o nome de saída desejado. Salve o arquivo de saída na parte superior da área de trabalho.

Navegue até a pasta de executáveis do stick world usando o aplicativo de terminal do computador Mac ou Linux, inicie o stick world digitando Python dash 32 stick world demo PI no terminal. Verifique se o painel do carregador de dados do mundo do bastão está visível na tela. Em seguida, carregue o alinhamento da sequência de proteína convertida pressionando o botão de carga de proteína.

Selecione o arquivo criado e pressione abrir o mundo do stick abrirá várias novas janelas, incluindo o controle do mundo do stick e o stick world open gl. Selecione a janela GL aberta do mundo do stick. Escolha a visualização de redefinição no menu GL aberto para exibir a visualização padrão do mundo do stick em uma visualização de cima para baixo através do cilindro, representando os dados nas janelas GL abertas redimensionáveis.

Existem várias opções de visualização no mundo da vara. Marque as caixas para rótulos de coluna e rótulos de bola no painel de controle do mundo do stick para exibir valores para colunas e bolas. Desmarque a caixa para bordas de coluna no painel de controle mundial do stick para ocultar as linhas de borda da coluna.

Defina a espessura da coluna como 0,1 no painel de controle do mundo do stick para desenhar uma linha fina através das colunas. Facilitando a navegação na visualização 3D, pressione return para aceitar a alteração. Redefina a visualização na janela GL aberta do mundo da vara.

Em seguida, pressione o botão de tela cheia para maximizar a visualização para navegar dentro do programa. Gire a exibição do mundo do stick 3D mantendo pressionado o botão esquerdo do mouse enquanto move o mouse em qualquer direção. Amplie a exibição do mundo do stick 3D mantendo pressionado o botão direito do mouse enquanto move o mouse para cima ou para baixo.

Navegue pela vista movendo e ampliando os resíduos em coevolução que excedem os requisitos de limite de p e residual são conectados por meio de linhas de aresta. Se houver muitas ou poucas arestas conectando resíduos, altere o limite residual para mostrar menos ou mais arestas Aumente o limite residual na dor do controle mundial do stick até que nenhuma linha de borda IPD seja mostrada e diminua lentamente até que os relacionamentos apareçam. Continue aumentando o resíduo até que haja um número suficiente de relacionamentos para examinar.

Identifique relacionamentos que envolvem resíduos de interesse conhecido ou resíduos que são distais entre si dentro do alinhamento usando o comando mais clicar com o botão esquerdo, selecione as arestas de interesse. O painel de controle do stick world indicará as colunas e conectará resíduos específicos. Linhas sólidas representam associações positivas.

Enquanto as linhas tracejadas representam associações negativas. Pressione o botão de bordas de saída no painel de controle do stick world para salvar um arquivo formatado em texto simples de todas as bordas visíveis no diretório apropriado, incluindo os resíduos da junta e seus valores residuais reais. Uma grande dependência interposicional de cluster ou IPDs, incluindo uma associação de três nós entre glicina na posição 1 32, tirosina posição 1 35 e uma prolina na posição 1 41 é visível em primeiro plano.

Aqui, a visão foi distorcida para posicionar o usuário ligeiramente acima do cilindro, revelando um IPD entre uma histamina na posição 1 36 e uma metionina na posição vinte e nove cento e sete resíduos distantes. Por outro lado, o motivo derivado de A-P-A-M-H-M-M do mesmo domínio não os detecta como variância de motivo especificamente co-ocorrente e também define os agrupamentos gerais em um esquema biologicamente não suportado. Ao realizar este procedimento, é importante lembrar de tentar de duas maneiras diferentes.

Comece com um resíduo alto e vá descendo, ou comece com um resíduo baixo e vá subindo, e dessa forma você pode explorar o espaço de duas maneiras diferentes.

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Química Edição 101 engenharia de proteínas co-variação resíduos co-dependentes visualização

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