Демонстрация выравнивания последовательностей для прогнозирования восприимчивости различных видов для быстрой оценки сохранения белка

В контексте химической безопасности протокол SeqAPASS обеспечивает быстрый и упорядоченный процесс оценки сохранения белка в разнообразии видов, для экстраполяции как токсичности, так и знаний о биологических путях. SeqAPASS был разработан как упрощенный, прозрачный и удобный веб-интерфейс для быстрой межвидовой экстраполяции, предназначенный для использования как исследователями, так и лицами, принимающими решения. Инструмент решает проблему экстраполяции знаний о химической токсичности с использованием имеющейся информации о чувствительности видов, чтобы последовательно прогнозировать химическую восприимчивость для сотен и тысяч видов, которые никогда не могут быть проверены в лабораторных условиях.

Чтобы начать работу с инструментом SeqAPASS, сначала перейдите к seqapass.epa.gov. Существующие пользователи могут выбрать кнопку входа в вашу учетную запись. Новые пользователи могут создать учетную запись, выбрав ссылку на главной странице.

После входа в инструмент SeqAPASS перейдите на вкладку Запрос выполнения SeqAPASS. SeqAPASS включает в себя несколько полезных ресурсов, которые помогут пользователям определить цель белка запроса. К ним можно получить доступ, нажав кнопки раскрывающегося списка в разделе Определение мишени белка.

После того, как цель белка идентифицирована, нажмите «По видам» или «По присоединению» в разделе «Сравнить последовательности первичных аминокислот». Например, чтобы проанализировать сохранение мю-опиоидного рецептора, щелкните При присоединении и введите номер присоединения в поле присоединения белка. Если присоединение к белку уже не было идентифицировано пользователем, рекомендуется вариант поиска видов.

Выберите Выполнить запрос, чтобы инициировать запрос. После отправки запроса выберите вкладку Состояние выполнения SeqAPASS в верхней части страницы, чтобы просмотреть состояние отправленного запуска. Время завершения будет зависеть от текущего использования инструмента.

На вкладке Просмотр отчетов SeqAPASS перечислены все запуски, выполненные под данной учетной записью. Выберите Просмотр отчета, чтобы просмотреть данные в веб-браузере, и нажмите кнопку Запросить выбранный отчет, чтобы открыть страницу Первого уровня Запрос сведений о белке и просмотреть результаты и параметры настройки данных. Чтобы разработать и запустить анализ SeqAPASS второго уровня, оценивающий сохранение определенных белковых доменов, щелкните знак плюс рядом с заголовком второго уровня на странице Информация о белке запроса первого уровня, чтобы заполнить меню запроса второго уровня.

Щелкните поле Выбрать домен, чтобы заполнить список функциональных доменов для белка запроса. Как только домен будет идентифицирован из базы данных сохраняемых доменов NCBI и выбран в раскрывающемся списке SeqAPASS, инициируйте запрос второго уровня. Для этого нажмите кнопку Запросить запуск домена.

Щелкните Обновить второй и третий уровни выполнения, чтобы заполнить данные второго уровня. В разделе Просмотр данных второго уровня щелкните поле Выбрать завершенный домен, чтобы выбрать завершенное присоединение к домену. Затем можно нажать кнопку Просмотреть данные второго уровня, чтобы открыть результаты.

Данные отображаются под вкладкой View SeqAPASS для выбранного уровня, сначала давайте посмотрим на данные первого уровня. На странице Запрос сведений о белке щелкните переключатель рядом с основным или полным отчетом, чтобы просмотреть данные в сжатом или расширенном формате. Виды будут иметь прогноз восприимчивости да или нет, указывая, сохраняется ли белок относительно последовательности запросов.

В отчете нажмите на соответствующее присоединение к белку или идентификатор вида, чтобы связать его с базами данных NCBI и получить доступ к дополнительной информации. Чтобы изучить соответствующие данные о токсичности для видов с прогнозами восприимчивости, прокрутите до правой части таблицы Результаты, чтобы просмотреть столбец ECOTOX. Нажмите на ссылки, чтобы открыть рассматриваемые виды в базе знаний ECOTOXicology, где вы можете найти данные о токсичности В дополнение к полным и первичным отчетам сводный отчет о данных можно просмотреть, выбрав Просмотреть сводный отчет первого уровня.

Сводный отчет отображает сводные метрики и прогнозы восприимчивости по таксономическим группам. Данные в любом формате отчета можно легко загрузить. Выбрав нужный тип отчета, нажмите кнопку Загрузить таблицу, чтобы сохранить ее в виде файла электронной таблицы.

Чтобы просмотреть данные второго уровня, прокрутите вверх вкладку Просмотр SeqAPASS и выберите Второй уровень. Данные SeqAPASS второго уровня отображаются в отчетах, подобных отчетам первого уровня, а также доступны в нижней части страницы Запрос информации о белке. Выберите переключатель рядом с нужным типом отчета, чтобы просмотреть данные.

Отчеты второго уровня отображают информацию, аналогичную информации первого уровня, с добавлением информации о белковом домене. Данные SeqAPASS могут быть легко визуализированы для облегчения интерпретации. Щелкните знак «плюс» рядом с пунктом Визуализация, а затем кнопку «Визуализировать данные», чтобы открыть интерактивный BoxPlot на новой вкладке.

На новой вкладке нажмите кнопку BoxPlot. В верхней части страницы BoxPlot параметры элемента управления могут помочь пользователю настроить график. Пользователи могут добавлять или удалять таксономические группы из графика, они могут выбирать виды для отображения в легенде, выбирать, как отображаются названия видов, и выделять конкретные подмножества видов, такие как угрожаемые или исчезающие виды.

Визуализации можно легко экспортировать и сохранять. Нажмите Загрузить BoxPlot, чтобы выбрать тип файла и загрузить рисунок. Перед загрузкой пользователи могут настроить разрешение типа файла изображения.

Хотя параметры отчета по умолчанию достаточны для большинства анализов, параметры можно изменить с помощью подменю в верхней части меню Query Protein Information. Чтобы записать текущие параметры отчета, нажмите кнопку Загрузить параметры текущего отчета, чтобы загрузить файл, в котором записаны примененные текущие параметры. Это можно сделать для первого и второго уровня.

Здесь пример для первого уровня. Чтобы начать анализ SeqAPASS третьего уровня, перейдите на страницу Информация о белке запроса первого уровня и щелкните знак плюса рядом с заголовком третьего уровня, чтобы заполнить меню запроса третьего уровня, которое позволяет сравнивать отдельные аминокислотные остатки. Прежде чем можно будет провести анализ третьего уровня, конкретные аминокислотные остатки должны быть идентифицированы путем обзора существующей литературы.

Щелкните знак «плюс» рядом с обозревателем ссылок, чтобы открыть средство обозревателя ссылок. Это может помочь в создании предопределенной логической строки для запроса доступной литературы. Нажмите на ссылку Создать академию Google, чтобы создать строку поиска литературы.

Это может быть скопировано и использовано для поиска в нужных литературных базах данных. Или, выбрав Поиск в Академии Google, вы автоматически выполните поиск литературы Академии Google, используя предопределенную строку поиска. После того, как аминокислотные остатки были выбраны, пользователи могут настроить анализ третьего уровня.

Выберите шаблонную последовательность, по которой выбранные пользователем виды будут выровнены и сопоставлены. При необходимости дополнительные последовательности шаблонов можно ввести в поле Дополнительные сравнения. Перед выравниванием определенных последовательностей пользователи должны ввести определяемое пользователем имя выполнения.

Это будет использоваться для идентификации запуска. Выберите таксономическую группу в поле Выбрать таксономическую группу. Следует отметить, что этот процесс будет повторяться для всех таксономических групп, для которых пользователь хотел бы оценить сохранение.

После того как все желаемые виды выбраны для выравнивания по последовательности шаблона, выберите Запросить выполнение остатков. После выравнивания всех видов щелкните Обновить запуски второго и третьего уровней, чтобы заполнить меню «Выбрать имя запуска третьего уровня» завершенными заданиями третьего уровня. Данные третьего уровня могут быть просмотрены либо по отдельным таксономическим группам, либо по нескольким таксономическим группам.

Щелкните Объединить данные третьего уровня, чтобы открыть объединенное диалоговое окно третьего уровня и одновременно проанализировать несколько таксономических групп. В диалоговом окне Объединение отчетов третьего уровня выберите шаблон третьего уровня для использования в качестве основы для сравнения. Затем выберите, какие завершенные задания следует сравнить.

При необходимости закажите задания третьего уровня и щелкните Просмотреть данные третьего уровня, чтобы создать страницу отчета третьего уровня. На странице Информация о белках шаблона третьего уровня отображаются ранее идентифицированные позиции аминокислот из последовательности шаблона, которые могут быть выбраны для выравнивания. Введите позиции в текстовое поле, разделенное запятыми, или выберите их из списка остатков.

После ввода всех позиций выберите Копировать в список остатков, чтобы переместить остатки в поле выбора. После того, как все аминокислотные позиции выбраны и проверены на точность, нажмите кнопку Обновить отчет, чтобы обновить выровненные последовательности с заданными позициями. Прокрутите страницу вниз, чтобы просмотреть отчет о результатах.

Как и на предыдущих уровнях, установите переключатель рядом с основным или полным отчетом, чтобы выбрать тип отчета. Отчеты третьего уровня отображают сходные виды и белки и включают информацию о выравнивании и сохранении для каждого оцененного аминокислотного остатка. Чтобы сохранить отчет, нажмите кнопку Загрузить таблицу в нижней части отчета и сохраните ее в виде файла электронной таблицы.

Пользователи также могут выбрать Просмотр сводного отчета третьего уровня для просмотра и загрузки сводной таблицы отчета. Чтобы просмотреть визуализацию для данных третьего уровня, щелкните знак «плюс» рядом с заголовком визуализации и выберите «Визуализировать данные», чтобы открыть новую страницу. Щелкните Тепловая карта на странице сведений о визуализации, чтобы открыть интерактивную графику и элементы управления.

На странице визуализации в разделе Элементы управления выберите таксономические группы, которые будут отображаться на тепловой карте, переместите их с помощью кнопки со стрелкой и при необходимости измените порядок. По умолчанию визуализация тепловой карты отображает общее название вида, общие прогнозы восприимчивости и состояние соответствия каждого аминокислотного остатка. Параметры управления настройками тепловой карты находятся в расширяемых меню под заголовком Control.

В разделе Параметры отчета можно выбрать простой или полный отчет, а отображаемые виды можно переключать между общими или научными названиями. В разделе «Факультативные отборы» подмножества видов, такие как кандидаты в ортологи, виды, находящиеся под угрозой исчезновения, виды, находящиеся под угрозой исчезновения, и общие модельные организмы, могут быть отобраны и выделены на тепловой карте. В разделе Параметры тепловой карты информацию, отображаемую на тепловой карте, можно настроить, сняв флажки и установив флажки.

Прогнозы восприимчивости и текст восприимчивости могут быть удалены, а аминокислотные выравнивания и информация об аминокислотах могут быть удалены. Чтобы сохранить визуализацию тепловой карты, нажмите Загрузить тепловую карту и выберите нужный тип файла. SeqAPASS имеет сводный отчет о решениях, который позволяет пользователям быстро оценивать прогнозы восприимчивости по уровням и видам одновременно.

Щелкнув Push Level to DS Report на страницах Результаты или Визуализация данных, данные будут перенесены на вкладку DS Report, где можно объединить и отобразить все уровни анализа. Результаты анализа первого уровня для мю-опиоидного рецептора показывают отсечение восприимчивости на 55% с процентным сходством для млекопитающих, птиц, рептилий, амфибий и большинства видов рыб, опускающихся выше этого отсечения и получающих прогноз восприимчивости Да. Эти поля, полностью находящиеся ниже отсечки, получают прогноз восприимчивости «нет».

Анализ второго уровня для функционального домена мю-опиоидов выявил более высокое отсечение восприимчивости на 88% сходства с млекопитающими, птицами, рептилиями, амфибиями и большинством видов рыб выше этого отсечения, обеспечивая еще одну линию доказательств сохранения или мю-опиоидный рецептор у позвоночных. В рамках анализа третьего уровня все оцененные виды привели к прогнозу восприимчивости «да». Поскольку эти аминокислоты важны для связывания как сильных агонистов мю-опиоидных рецепторов, так и сильных антагонистов, эти данные свидетельствуют о том, что опиоидные соединения, нацеленные на рецепторы человека, могут аналогичным образом взаимодействовать с рецепторами у всех видов позвоночных.

Третий уровень SeqAPASS полезен для генерации гипотез. Даже если критические аминокислотные остатки не известны для белка, представляющего интерес, инструмент может быть использован для просмотра различных видов и определения того, где существует сохранение или менее сохранено. Эти гипотезы затем могут быть проверены с помощью методов молекулярной биологии, таких как исследования мутагенеза, направленные на сайт.

Первоначальное внимание SeqAPASS было сосредоточено на химических целях. Тем не менее, наши исследования расширяются для изучения первичных метаболизирующих ферментов, транспортных белков, а также белков, участвующих в биоаккумуляции.