Исследование последовательности протеинов-структуры-динамики Отношения с Bio3D-web

Общая цель Bio3D-web заключается в том, чтобы обеспечить интерактивный анализ последовательности, структуры и подтверждающего разнообразия семейств белков. Bio3D-web — это новое веб-приложение, которое может помочь нам понять взаимосвязи между последовательностью, структурой и динамикой в больших семействах белков. Основное преимущество Bio3D-web заключается в том, что он обеспечивает интерактивный и воспроизводимый онлайн-анализ последовательностей, структуры и динамики, не требующий предварительных знаний программирования со стороны пользователя.

Чтобы ввести структуру для анализа, получите PDB ID аденилаткиназы с помощью поиска в базе данных белков. Введите четырехсимвольный PDB-идентификатор для аденилаткиназы или вставьте последовательность белка в текстовое поле на панели структуры ввода или последовательности. Нажмите синюю кнопку выбора следующего хита на первой панели или просто прокрутите вниз до панели выбора хитов B для дальнейшего анализа.

Убедитесь, что бегунок «Ограничение общего числа включенных конструкций» установлен на максимальное значение, чтобы включить все структуры выше порогового значения. Уменьшите порог включения BitScore, чтобы включить более отдаленные совпадения, или увеличьте его, чтобы исключить. Убедитесь, что выбранные совпадения представляют соответствующие структуры, изучив детали таблицы, такие как название PDB, виды и связанные лиганды.

Перейдите на вкладку выравнивания, чтобы выполнить выравнивание по последовательности выбранных конструкций на вкладке поиска. Существует вероятность возникновения ошибок выравнивания, особенно при анализе более отдаленных родственных белков, например, когда сходство последовательностей ниже 30%. Всегда перепроверяйте и исправляйте выравнивание последовательности на вкладке выравнивания. Просмотрите сводку по трассе на панели Сводка по трассе.

Убедитесь, что интересующие вас области выровнены и не замаскированы зазорами в одной или нескольких структурах. Нажмите синюю кнопку следующего анализа, чтобы выполнить кластерный анализ собранных структур на основе последовательностей. Затем нажмите синюю кнопку «Следующая консервация», чтобы рассчитать сохранность остатков по столбцам.

Выберите выровненные наборы структур для создания графика сохранения остатков в каждой позиции выравнивания. Выполните наложение конструкции, войдя на вкладку подгонки. Убедитесь, что белковые структуры наложены на соответствующие и соответствующие области при визуальном осмотре.

Щелкните и перетащите мышь на конструкцию, чтобы повернуть, и прокрутите, чтобы увеличить масштаб. Настройте раскраску конструкций, нажав на параметры цвета. Затем нажмите синюю кнопку следующего анализа, чтобы выполнить структурную кластеризацию собранных PDB-структур.

Переключите тепловую карту RMSD в раскрывающемся меню параметров графика. Нажмите кнопку RMSF в синем гнезде, чтобы просмотреть изменчивость структуры каждого остатка с основными второстепенными структурными элементами, показанными в краевых областях оси X. Выполните анализ главных компонент, перейдя на вкладку PCA.

Чтобы визуализировать главные компоненты, установите флажок «Показать траекторию ПК», чтобы визуализировать движения, описываемые главными компонентами, с помощью встроенного в браузер средства визуализации. Убедитесь, что главный компонент выбран из первого выпадающего меню. Чтобы визуализировать движения, описываемые другими главными компонентами, выберите нужный ПК в раскрывающемся меню выбора главного компонента.

Проецируйте отдельные структуры на два выбранных ПК, щелкнув синюю кнопку следующего графика. Убедитесь, что для ПК по оси X установлено значение один, а для ПК по оси Y — значение два. Чтобы спроецировать структуры на другие главные компоненты, настройте нумерацию ПК соответствующим образом.

Щелкните по любым отдельным точкам на графике, чтобы подписать структуры. Либо можно выделить одну или несколько структур в аннотации к графику комформера PCA под графиком. Рассчитайте вклад остатков в отдельные главные компоненты, нажав синюю кнопку «Следующий вклад остатков».

Построите график вкладов для дополнительных главных компонентов, включив номер ПК в текстовое поле выбора главного компонента. Перейдите на вкладку eNMA, чтобы начать расчет в обычном режиме. Отрегулируйте количество структур, уменьшив или увеличив пороговое значение для включения или исключения структур.

Щелкните зеленый NMA ансамбля прогона, чтобы начать расчет анализа в нормальном режиме. Прокрутите вниз до второй панели вкладки eNMA, которая называется визуализация нормальных режимов, чтобы увидеть визуализацию нормальных режимов. Нажмите синюю кнопку «Следующие флуктуации», чтобы рассчитать флуктуации по остаткам структур, выбранных для анализа нормальной моды ансамбля.

Переключите кластер по среднеквадратичным значениям, чтобы раскрасить профили колебаний с помощью кластеризации на основе среднеквадратичных значений. Установите флажок Линии спреда, чтобы построить сгруппированные профили колебаний друг от друга. Затем нажмите синюю следующую кнопку PCA против NMA, чтобы рассчитать сходство между отдельными нормальными модами и главными компонентами.

Нажмите синюю кнопку «Далее» внизу, чтобы создать отчет о результатах анализа, пользовательском вводе и выборе параметров. Отчет можно скачать в форматах PDF, Word и HTML, которыми можно поделиться. Отчет также содержит ссылку для повторного посещения сеанса анализа позже, которую также можно поделиться с соавторами.

Здесь показаны доступные PDB-структуры аденилаткиназы, наложенные на идентифицированное инвариантное ядро. Структуры окрашиваются в соответствии с кластеризацией на основе RMSD, представленной на вкладке подгонки. Визуализация главных компонентов доступна на вкладке PCA для характеристики основных конформационных вариаций в наборе данных.

Здесь траектория, соответствующая первому главному компоненту, показана в виде трубки, показывающей крупномасштабное закрывающее движение белка. Структуры проецируются на две их первые главные составляющие на графике конформера, показывающем низкоразмерное представление конформационной изменчивости. Каждая точка или структура окрашивается в соответствии с заданными пользователем критериями, в данном случае с результатами кластеризации на основе PCA.

Анализ нормальной моды на вкладке eNMA предполагает улучшенную локальную и глобальную динамику для конструкций в открытом состоянии по сравнению с закрытым состоянием. Bio3D-web может быть использован для изучения последовательностей и структур и помочь понять общие тенденции в интересующем семействе белков в течение нескольких минут. Bio3D-web помог мне провести структурный анализ суперсемейства кинезинов.

Bio3D-web предоставляет полный рабочий процесс для полностью настраиваемого исследования отношений последовательность-структура-динамика. Этот рабочий процесс обеспечивает функциональность для отображения взаимоотношений между собой с PCA и количественного сравнения локальной и глобальной динамики в больших наборах гетерогенных структур с использованием ансамбля NMA. Предполагается, что большинство исследователей будут использовать Bio3D-web, чтобы понять общие тенденции в интересующем их семействе белков, которые затем могут быть использованы для дальнейших специализированных анализов.

Таким образом, Bio3D-web разработан как инструмент для генерации гипотез с общими сводными отчетами, которые включают все параметры, определенные пользователем. Результаты из Bio3D-web также доступны для скачивания и полностью совместимы с пакетом Bio3D-R для дальнейшего углубленного анализа. В настоящее время доступно множество структур для данного семейства белков, часто определяемых в различных условиях.

Сравнение этого большого числа структур может рассказать нам о структурных механизмах, критически важных для их функции, таких как связывание лиганда, катализ и аллостерическая регуляция. Bio3D-web широко доступен и прост в использовании без установки специального программного обеспечения или изучения нового языка программирования. Bio3D-web поддерживается всеми основными браузерами.

Полный исходный код и инструкции по настройке для локальной установки доступны бесплатно.