Оптимизация синтетических белков: Идентификация Interpositional зависимостей индикации Конструктивно и / или функционально связанных остатков

Общая цель данной процедуры заключается в выявлении коэволюционирующих остатков в выравниваниях белков, которые указывают на межпозиционные зависимости или IPD. Это достигается путем предварительной загрузки выравнивания в stick world — инструмент визуальной аналитики, который создает интерактивное 3D-представление выравнивания белков и наглядно отображает ковариабельные остатки. Каждая позиция в выравнивании представлена в виде колонки, состоящей из стопки сфер, где одна сфера соответствует каждой из 20 возможных аминокислот в данной позиции выравнивания; размер сфер зависит от частоты встречаемости аминокислот. Колонки, представляющие каждую позицию, расположены по окружности цилиндра для визуализации IPD.

Линии проводятся между остатками, коэволюция которых выше или ниже ожидаемой при условии зависимости остатков в данных позициях внутри программы. Значение остатка подбирается до тех пор, пока количество ребер не станет приемлемым, после чего определяются интересующие ребра. В конечном итоге метод stick world используется для выявления остатков, коэволюционирующих друг с другом.

Такие функционально необходимые остатки, образующие «козырек» (coving residues), были выявлены в вентилятной киназе. Одной из причин, по которым исследователям трудно справиться с этим процессом, является его новизна. Это в равной степени и искусство, и наука.

Визуальная демонстрация Stick World важна, так как это инструмент визуальной аналитики, требующий взаимодействия с пользователем. Действие. Используйте компьютер с процессором Intel i5 или выше, минимум четырьмя гигабайтами оперативной памяти, работающий под управлением Mac OS 10 или Linux OS и оснащенный библиотеками Python, перечисленными в текстовом протоколе. Загрузите Stick World в виде zip-архива, содержащего все соответствующие скрипты Python.

Также загрузите скрипт FASTA two stick для преобразования стандартных выравниваний последовательностей ДНК и белков в формате FASTA в формат stick world. Распакуйте архив и поместите полученную папку stick world и скрипт FASTA two stick на рабочий стол. Затем создайте выравнивание белковых последовательностей с помощью любого стандартного программного обеспечения для выравнивания.

Сохраните выравнивание на рабочем столе. Укажите формат. Откройте приложение терминала на компьютере Mac с Linux и перейдите на рабочий стол, введя в терминале команду CD tilda slash desktop и нажав клавишу Enter.

Введите команду, чтобы сделать скрипт FASTA two stick исполняемым, а затем введите команду для запуска этого скрипта. Следуйте инструкциям на экране, предоставляемым скриптом, чтобы указать имя входного файла и желаемое имя выходного файла. Сохраните выходной файл на рабочем столе.

Перейдите в папку с исполняемыми файлами stick world с помощью терминала на компьютере Mac или Linux. Запустите stick world, введя в терминале Python -32 stick world demo PI. Убедитесь, что на экране отображается панель загрузки данных stick world. Затем загрузите преобразованное выравнивание белковых последовательностей, нажав кнопку load protein.

Выберите созданный файл и нажмите «Открыть»; откроется несколько новых окон, в том числе Stick World Control и Stick World OpenGL. Выберите окно Stick World OpenGL. В меню OpenGL выберите «Сбросить вид» (Reset View), чтобы отобразить стандартную визуализацию Stick World в виде проекции сверху через цилиндр; данные будут отображаться в окнах OpenGL с изменяемым размером.

В режиме stick world доступно несколько вариантов отображения. В панели управления stick world выберите флажки для меток столбцов и меток шаров, чтобы отобразить значения для столбцов и шаров. Снимите флажок для границ столбцов в панели управления stick world, чтобы скрыть линии границ столбцов.

Установите толщину колонки на 0,1 в панели управления stick world, чтобы провести тонкую линию через колонки. Для облегчения навигации в 3D-виде нажмите клавишу Enter, чтобы принять изменения. Сбросьте вид в окне Open GL stick world.

Затем нажмите кнопку полноэкранного режима, чтобы развернуть окно для навигации по программе. Чтобы вращать 3D-модель стик-мира, зажмите левую кнопку мыши и перемещайте курсор в любом направлении. Чтобы изменить масштаб 3D-модели стик-мира, зажмите правую кнопку мыши и перемещайте курсор вверх или вниз.

Просматривайте изображение с помощью панорамирования и масштабирования; совместно эволюционирующие остатки, превышающие пороговые требования как по p, так и по остаточному значению, соединены линиями ребер. Если ребер, соединяющих остатки, слишком много или слишком мало, измените порог остаточного значения, чтобы отобразить меньшее или большее количество ребер. Увеличивайте порог остаточного значения на панели управления stick world до тех пор, пока линии ребер IPD не исчезнут, а затем медленно снижайте его, пока не появятся взаимосвязи. Продолжайте изменять остаточное значение, пока не будет достигнуто достаточное количество взаимосвязей для анализа.

Для выявления взаимодействий, включающих либо остатки, представляющие интерес, либо остатки, которые в выравнивании расположены далеко друг от друга, используйте сочетание Command + левый клик мыши, выбирая любые интересующие вас ребра. Панель управления stick world укажет столбцы и соединит конкретные остатки. Сплошные линии обозначают положительные ассоциации.

В то время как пунктирные линии обозначают отрицательные связи. Нажмите кнопку выходных ребер на панели управления stick world, чтобы сохранить текстовый файл со всеми видимыми ребрами в соответствующем каталоге, включая сочлененные остатки и их фактические значения остатков. На переднем плане виден большой кластер интерпозиционных зависимостей (IPD), включая трехузловую связь между глицином в позиции 1 32, тирозином в позиции 1 35 и пролином в позиции 1 41.

Здесь ракурс был изменен, чтобы расположить пользователя чуть выше цилиндра, что позволило выявить IPD между гистамидином в позиции 1 36 и метионином в позиции twenty nine, находящимися на расстоянии одногоста семи остатков. Напротив, мотив того же домена, производный от A-P-A-M-H-M-M, не распознает их как специфически совмещающиеся вариации мотива, а также определяет общие группы по биологически необоснованной схеме. При выполнении данной процедуры важно помнить о необходимости попробовать два разных способа.

Начните с высокого значения остатка и двигайтесь вниз или начните с низкого значения остатка и двигайтесь вверх — таким образом вы сможете изучить пространство двумя разными способами.