बीओ 3 डी-वेब के साथ प्रोटीन अनुक्रम-संरचना-गतिशीलता रिश्ते की जांच करना

Summary

बीओ 3 डी-वेब का इस्तेमाल करते हुए प्रोटीन अनुक्रम-संरचना-गतिशीलता रिश्तों की ऑनलाइन जांच के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया गया है।

Abstract

हम बायोमोलेक्युलर संरचना डेटा के इंटरैक्टिव विश्लेषण के लिए Bio3D-web का उपयोग प्रदर्शित करते हैं। Bio3D- वेब अनुप्रयोग निम्न के लिए ऑनलाइन कार्यक्षमता प्रदान करता है: (1) संबंधित प्रोटीन संरचना की पहचान समानता के उपयोगकर्ता निर्दिष्ट थ्रेसहोल्ड के लिए सेट करती है; (2) उनके एकाधिक संरेखण और संरचना superposition; (3) अनुक्रम और संरचना संरक्षण विश्लेषण; (4) मुख्य घटक विश्लेषण के साथ इंटर-कंफोर्मर रिलेशन मैपिंग, और (5) पहनावा आंतरिक गतिशीलता की तुलना में सामान्य मोड विश्लेषण के जरिये। यह एकीकृत कार्यप्रणाली प्रोटीन परिवारों और सुपरफिलीज में अनुक्रम-संरचना-गतिशील संबंधों की जांच करने के लिए एक पूर्ण ऑनलाइन वर्कफ़्लो प्रदान करती है।

Introduction

प्रोटीन डाटा बैंक (पीडीबी) में अब 120,000 से अधिक प्रोटीन संरचनाएं हैं – इनमें से कई प्रोटीन परिवार के हैं लेकिन विभिन्न प्रयोगात्मक स्थितियों के तहत हल किया गया है। इन एकाधिक संरचनाएं प्रोटीन फार्म और समारोह की जटिलताओं को समझने के लिए एक अमूल्य संसाधन का प्रतिनिधित्व करती हैं। उदाहरण के लिए, इन संरचनाओं की कठोर तुलना ^{1 , 2 , 3 के} महत्वपूर्ण आणविक तंत्रों को प्रकट कर सकती है और लिगंड बाध्यकारी, एंजाइमिक कटैलिसीस और बाय-आणविक मान्यता ^{4 , 5 , 6 , 7} सहित प्रक्रियाओं में शामिल गठनात्मक गतिशीलता को सूचित करती है। नई अंतर्दृष्टि अक्सर प्रोटीन परिवारों के अनुक्रम, संरचना और गतिशीलता के विस्तृत बड़े पैमाने पर विश्लेषण से प्राप्त की जा सकती हैं। हालांकि, यह आमतौर पर काफी bioinf की आवश्यकता हैअध्ययन के तहत प्रोटीन प्रणालियों के साथ परिचित के साथ साथ ormatics और कंप्यूटर प्रोग्रामिंग विशेषज्ञता। उदाहरण के लिए, Bio3D, प्रोडी और मेवेन जैसे सॉफ़्टवेयर संकुल क्रमशः ^{8 , 9 , 10} में आर, अजगर और मटैब में प्रोग्रामिंग की आवश्यकता है। इसके विपरीत, संरचनात्मक लचीलेपन के विश्लेषण के लिए ऑनलाइन उपकरण आम तौर पर व्यक्तिगत संरचनाओं ^{11 , 12} की जांच के लिए सीमित हैं। इस संबंध में एक अपवाद हाल ही में विकसित WebNM @ सर्वर है, जो कई पूर्व-संरेखित उपयोगकर्ता निर्दिष्ट संरचनाओं के सामान्य मोड विश्लेषण (एनएमए) से प्राप्त लचीलेपन पैटर्न की तुलना करने के लिए अनुमति देता है ¹³ हालांकि, इस सर्वर में तुलना की जाने वाली संरचनाओं की पहचान, उनके संरेखण या एनएमए के आगे के विश्लेषण के लिए एक स्वचालित प्रक्रिया नहीं है। एक अन्य हालिया योगदान ऑनलाइन पीडीबीएफएक्स डेटाबेस है, जो पूर्व-सी प्रस्तुत करता हैसाझा करने 95% या उससे अधिक अनुक्रम पहचान ¹⁴ PDB संरचनाओं के omputed विश्लेषण। हालांकि, अधिक विविध संरचना सेटों का विश्लेषण वर्तमान में उपलब्ध नहीं है

हम पहले से प्रस्तुत किया है Bio3D-वेब – प्रोटीन अनुक्रम संरचना-गतिशील रिश्तों ¹⁵ के विश्लेषण के लिए वेब अनुप्रयोग का उपयोग करने के लिए एक आसान। जैव 3 डी-वेब अद्वितीय, बड़े मुताबिक़ ढांचे के सेट की पहचान, तुलना और विस्तृत विश्लेषण के लिए एकीकृत कार्यक्षमता का उपयोग करने में आसान है। यहां हम जैव 3 डी-वेब का इस्तेमाल करते हुए प्रोटीन अनुक्रम-संरचना-गतिशीलता संबंधों की ऑनलाइन जांच के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल पेश करते हैं। Bio3D- वेब चित्र 1 में दिखाए गए डेटा विश्लेषण के पांच प्रमुख चरणों का समर्थन करने के लिए विभिन्न प्रकार के कार्यों को प्रदान करता है और नीचे विस्तार से चर्चा करता है। ये चरण एक वर्कफ़्लो का गठन करते हैं जो कि अनुक्रम-संरचना-गतिशील विश्लेषण के कई स्तरों के माध्यम से, क्वेरी अनुक्रम या संरचना इनपुट से फैला है, संक्षेप मेंवाई रिपोर्ट पीढ़ी परिणाम व्यापक इन-ब्राउज़र विज़ुअलाइज़ेशन और साजिश रचने वाले उपकरणों के माध्यम से, साथ ही आमतौर पर प्रयुक्त स्वरूपों में परिणाम फ़ाइलें डाउनलोड करने के माध्यम से उपलब्ध हैं। पैरामीटर और विधि विकल्पों के प्रभावों की खोज के लिए डायनामिक इंटरफ़ेस का उपयोग करने के लिए सुविधाजनक आसान के अलावा, पीडीएफ, डीओसी और एचटीएमएल स्वरूपों में एक बाध्य प्रजनन रिपोर्ट के रूप में उपयोगकर्ता के सत्र के पूर्ण उपयोगकर्ता इनपुट और बाद के ग्राफिकल परिणामों को भी रिकॉर्ड किया गया है। उपयोगकर्ता सत्रों को बचाया जा सकता है और भविष्य के समय में पुनः लोड किया जा सकता है और डाउनलोड किए गए पूरा परिणाम और आगे उपयोगकर्ता के स्थानीय मशीन पर Bio3D R पैकेज द्वारा व्याख्या कर सकते हैं।

बायोमोलेक्युलर संरचना, अनुक्रम और आणविक सिमुलेशन डेटा ^{8 , 16 के} विश्लेषण के लिए Bio3D-Web Bio3D R पैकेज द्वारा संचालित है। विशेष रूप से, कठोर-कोर पहचान के लिए Bio3D एल्गोरिदम ⁸ , सुपरपोजिशन, प्रिंसिपल घटक विश्लेषण(पीसीए) ⁸ , और पहनावा सामान्य मोड विश्लेषण (ईएनएमए) ¹⁶ आवेदन का आधार बनाते हैं। हम Bio3D प्रोटोकॉल का उपयोग भी करते हैं जो संबंधित प्रोटीन संरचनाओं की पहचान के लिए पीएचएमएमईआर ¹⁷ पर निर्भर करते हैं, और एकाधिक अनुक्रम संरेखण के लिए मसले ¹⁸ । संरचना और अनुक्रम एनोटेशन, आरसीएसबी पीडीबी ¹⁹ और पीएफएएम डाटाबेस ²⁰ से बीओ 3 डी उपयोगिताओं के माध्यम से प्राप्त किए जाते हैं। Bio3D- वेब हमारे ऑनलाइन सर्वर से चलाया जा सकता है या किसी भी कंप्यूटर पर स्थानीय रूप से संस्थापित किया जा सकता है। आरओ। बायो 3 डी-वेब सभी उपयोगकर्ताओं के लिए खुला है और इसे GPL-3 ओपन-सोर्स लाइसेंस के तहत नि: शुल्क प्रदान किया जा सकता है: http: // thegrantlab org / bio3d / webapps

Protocol

नोट: एक ठेठ Bio3D- वेब सत्र पांच लगातार और आश्रित कदमों के माध्यम से आय करता है (एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व के लिए चित्रा 1 देखें)। प्रत्येक चरण वेब अनुप्रयोग के एक लगातार नेविगेशन टैब के रूप में कार्यान्वित किया जाता है अर्थात् खोज, एलन, एफआईटी, पीसीए, और ईएनएमए। 1. संरचना खोज और चयन (एसईईआरआर) इनपुट संरचना एडिनिएलेट किनेज (एडीके) की पीडीबी आईडी प्राप्त करें, उदाहरण के लिए पीडीबी [http://www.rcsb.org/pdb] की खोज करें। वैकल्पिक रूप से, ब्याज की प्रोटीन अमीनो एसिड अनुक्रम प्राप्त करें, जैसे कि यूनिप्रोट [http://uniprot.org] से Adk ( जैसे 1AKE) के लिए चार वर्ण लंबे PDB आईडी दर्ज करें, या "इनपुट संरचना या अनुक्रम" पैनल में पाठ बॉक्स में प्रोटीन अनुक्रम पेस्ट करें। चयन को मारो पहले पैनल में नीले "अगला" (चयन करें) बटन पर क्लिक करें या बस पैनल पर स्क्रॉल करें B) "हिट चयन"आगे के विश्लेषण के लिए सुनिश्चित करें कि "शामिल संरचनाओं की सीमा की कुल संख्या" स्लाइडर कटऑफ़ के ऊपर स्थित सभी संरचनाओं को शामिल करने के लिए अपने अधिकतम मूल्य पर सेट है अधिक दूर से संबंधित हिट को शामिल करने के लिए "शामिल किए जाने के बिट्सकोर कटऑफ़ को समायोजित करें" या कम करने के लिए इसे बढ़ाएं। वैकल्पिक हिट फ़िल्टरिंग पहले पैनल में नीले "अगला" (हिट चयन) बटन पर क्लिक करें या बस पैनल को स्क्रॉल करें C) "आगे के विश्लेषण के लिए संबंधित संरचनाओं का वैकल्पिक फ़िल्टरिंग"। सुनिश्चित करें कि चयनित हिट तालिका के विवरण का निरीक्षण करके प्रासंगिक ढांचे का प्रतिनिधित्व करता है, उदाहरण के लिए, पीडीबी नाम, प्रजातियों और बाध्य लगीण्ड। मेज की पंक्तियों पर क्लिक करके आवश्यक होने पर संरचनाओं के चयनित उप-समूह को मैन्युअल रूप से परिष्कृत करें नोट: नीले रंग के साथ हाइलाइट की गई पंक्तियां, बाद के टैब में आगे के विश्लेषण के लिए चयनित पीडीबी आईडी दर्शाती हैं। 2। एकाधिक अनुक्रम संरेखण विश्लेषण (ALIGN) SEARCH टैब से चयनित संरचनाओं के अनुक्रम संरेखण करने के लिए ALIGN टैब पर क्लिक करें। संरेखण सारांश पैनल में संरेखण सारांश की समीक्षा करें ए) "संरेखण सारांश" सुनिश्चित करें कि ब्याज के क्षेत्र गठबंधन कर रहे हैं और एक या एक से अधिक संरचनाओं में अंतराल से नकाबपोश नहीं किया गया है। यदि आवश्यक हो, तो "डिस्प्ले संरेखण संपादन विकल्प" को टॉगल करें और अवांछित पीडीबी आईडी को हटा दें, जैसे कि लापता अवशेषों के साथ पीडीबी। अनुक्रम संरेखण विश्लेषण संग्रहित संरचनाओं के क्रम-आधारित क्लस्टरिंग विश्लेषण करने के लिए नीले "अगला" (विश्लेषण) बटन पर क्लिक करें। प्लॉट ऑप्शन डेन्ड्रोग्राम का चयन करें संरचनाओं को कश्ट समूह में बांटने के लिए क्लस्टर को कश्मीर समूह स्लाइडर में समायोजित करें अधिक क्लस्टरिंग और आउटपुट ऑप्शंस चेकबॉक्स को टॉगल करके वांछित रूप से क्लस्टरिंग विधि को वैकल्पिक रूप से बदलें। </oएल> अवशेष संरक्षण विश्लेषण कॉलम-वार अवशेष संरक्षण की गणना के लिए नीले "अगला" (संरक्षण) बटन पर क्लिक करें। प्रत्येक संरेखण स्थिति में अवशेष संरक्षण की एक भूखंड तैयार करने के लिए संरेखित संरचना सेट का चयन करें। परिवार के प्रतिनिधि सदस्यों वाले संबंधित पीएफएएम बीज संरेखण के संबंध में गणना के संरक्षण के लिए PFAM बीज संरेखण के साथ गठबंधन वाले संरचनाओं का चयन करें। अनुक्रम संरेखण प्रदर्शन इन-ब्राउज़र संरेखण विज़ुअलाइज़ेशन टूल के साथ पूर्ण अनुक्रम संरेखण दिखाने के लिए नीले "अगला" (संरेखण) बटन पर क्लिक करें। 3. संरचना फिटिंग और विश्लेषण (एफआईटी) फिट टैब में प्रवेश करके संरचना सुपरिपॉम्पशन करें संरचना superposition गठबंधन वाले प्रोटीय को देखने के लिए "पीडीबी दिखाएं" चेकबॉक्स टॉगल करेंब्राउज़र में एन संरचनाएं सुनिश्चित करें कि दृश्य निरीक्षण द्वारा संबंधित और प्रासंगिक क्षेत्रों के लिए प्रोटीन संरचनाएं अधोमुखी हैं। माउस को संरचनाओं पर घुमाने और ज़ूम करने के लिए स्क्रॉल करने के लिए क्लिक करें और खींचें। "रंग विकल्प" पर क्लिक करके संरचनाओं का रंग समायोजित करें रंग विकल्पों में संरेखण की स्थिति, स्थिति प्रति संरचनात्मक परिवर्तनशीलता, आरएमएसडी क्लस्टर समूह, अनुक्रम क्लस्टर समूह, संरेखित क्षेत्रों और माध्यमिक संरचना शामिल हैं। अनारक्षित संरचनाओं को पारंपरिक पीडीबी फाइलों के रूप में या एक विशेष आणविक दर्शक कार्यक्रम में विज़ुअलाइज़ करने के लिए एक एकल PyMOL सत्र फ़ाइल के रूप में डाउनलोड करें। संरचना विश्लेषण एकत्रित पीडीबी संरचनाओं की संरचना-आधारित क्लस्टरिंग करने के लिए नीले "अगला" (विश्लेषण) बटन पर क्लिक करें। प्लॉट विकल्प ड्रॉपडाउन मेनू में आरएमएसडी हीटमैप को टॉगल करें क्लस्टरिंग विधि को स्वयं सहित क्लस्टरिंग विकल्प समायोजित करें, "अधिक क्लस्टरिंग और आउटपुट ऑप्शंस" चेकबॉक्स को टॉगल करके नोट: Pairwise RMSD डेटा भी एक dendrogram, एक हिस्टोग्राम या एक गर्मी नक्शा के रूप में देखा जा सकता है। अवशिष्ट उतार चढ़ाव एक्स-अक्ष के सीमांत क्षेत्रों में दिखाए गए बड़े माध्यमिक संरचना तत्वों के साथ प्रत्येक अवशेषों की संरचनात्मक परिवर्तनीयता (आरएमएसएफ प्लॉट के रूप में दिखाया गया है) देखने के लिए नीले "अगला" (आरएमएसएफ) बटन पर क्लिक करें। आरएमएसएफ प्लॉट पर संदर्भ संरचना के क्रिस्टलोग्राफिक बी-कारक के ओवरले के लिए दिखाएँ बी-कारक चेकबॉक्स टॉगल करें। 4. प्रमुख घटक विश्लेषण (पीसीए) "पीसीए" टैब दर्ज करके प्रमुख घटक विश्लेषण करें प्रमुख घटकों का विज़ुअलाइज़ेशन इन-ब्राउज़र विज़ुअलाइज़ेशन टूल के साथ पीसी द्वारा वर्णित गति को देखने के लिए "पीसी ट्रैजिटरी दिखाएँ" चेकबॉक्स को टॉगल करें। सुनिश्चित करें कि "प्रिंट करेंलिपिक घटक 1 "पहले ड्रॉप डाउन मेनू से चुना गया है। अन्य पीसी द्वारा वर्णित गति को कल्पना करने के लिए, वांछित पीसी को "प्रधान घटक चुनें" ड्रॉप डाउन मेनू से चुनें। "रंग विकल्प" ड्रॉप डाउन मेनू से प्रक्षेपवक्र के रंग को परिवर्तित करें। विस्थापन परिमाण द्वारा "रंग विकल्प" से रंग "प्रति स्थिति में परिवर्तनशीलता" चुनें पीसी द्वारा वर्णित गति के प्रक्षेपवक्र्य दृश्य प्राप्त करने के लिए "प्रिंसिपल अवयव दृश्य विज़ुअलाइज़ेशन" पैनल में "पीडीबी ट्रैजिटरी डाउनलोड करें" बटन पर क्लिक करें। एक पीईएमओएल सत्र फ़ाइल बनाने के लिए बटन "पीओएमओएल डाउनलोड करें" सत्र फ़ाइल पर क्लिक करें, जिससे वेक्टर फ़ील्ड के रूप में गति दी जा सके। अनुकूलक विश्लेषण नीले "अगला" (प्लॉट) बटन पर क्लिक करके दो चयनित पीसी पर व्यक्तिगत संरचनाएं प्रोजेक्ट करें सुनिश्चित करें कि "एक्स-एक्स पर पीसी" 1 पर सेट है, और "पीसी ओएन वाई-अक्ष "से 2 के लिए। अन्य पीसी पर संरचनाओं को प्रोजेक्ट करने के लिए, तदनुसार पीसी क्रमांकन समायोजित करें। पीसी-आधारित क्लस्टरिंग द्वारा भूखंडों में संरचनाओं को रंगाने के लिए "पीसी सबस्पेस द्वारा क्लस्टर" चुनें; "आरएमएसडी-आधारित" क्लस्टरिंग द्वारा रंग के लिए "आरएमएसडी"; और अनुक्रम आधारित क्लस्टरिंग द्वारा रंग के लिए "अनुक्रम" संरचनाओं को लेबल करने के लिए प्लॉट में किसी भी व्यक्तिगत बिंदु पर क्लिक करें। वैकल्पिक रूप से, साजिश के नीचे "पीसीए कन्फॉर्मर प्लॉट एनोटेशन" तालिका में एक या एक से अधिक संरचना को हाइलाइट करें। सबस्पेस स्लाइडर में क्लस्टरिंग एल्गोरिथम के लिए अधिक / कम पीसी को शामिल करने के लिए पीसी को स्लाइड करें। अवशेष योगदान नीले "अगला" (अवशेष योगदान) बटन पर क्लिक करके अलग-अलग पीसी में शेष अंशदान की गणना करें "प्रधान प्रधान घटक चुनें" पाठ बॉक्स में पीसी संख्या को शामिल करके अतिरिक्त पीसी के लिए योगदान दें। "फैलाओ ली" को टॉगल करेंNes "चेकबॉक्स एक दूसरे के शीर्ष पर अवशेष योगदान की साजिश रचने से बचें। अलग भूखंडों में अवशेषों के योगदान को साजिश करने के लिए "मल्टीलाइन प्लॉट" चेकबॉक्स को टॉगल करें आरएमएसएफ मूल्यों (एफआईटी टैब से) को शामिल करने के लिए "RMSF दिखाएं" टॉगल करें 5. सामान्य मोड विश्लेषण एन्सेबल (ईएनएमए) सामान्य मोड (एनएम) गणना आरंभ करने के लिए एएनएमएमए टैब पर क्लिक करें फ़िल्टर संरचना संरचना शामिल करने / बहिष्करण के लिए "कटऑफ" को कम करके या बढ़कर संरचनाओं की संख्या को समायोजित करें। NMA गणना शुरू करने के लिए हरे रंग की "रन एन्सेबल एनएमए" पर क्लिक करें सामान्य मोड विज़ुअलाइज़ेशन एनएम के दृश्य के लिए ईएनएमए टैब (सामान्य मोड विज़ुअलाइज़ेशन) के दूसरे पैनल तक स्क्रॉल करें नोट: डिफ़ॉल्ट रूप से, पीसी -1 के सर्वोच्च ओवरलैप (समानता) के साथ एनएम दृश्य में प्रदर्शित होता हैIzation विंडो अन्य एनएम या अन्य पीडीबी संरचनाओं द्वारा वर्णित गति को कल्पना करने के लिए, वांछित एनएम और संरचना चुनें "चुनें मोड" और " संरचना के लिए NMs दिखाएँ " ड्रॉप डाउन मेन्यू, क्रमशः। अवशिष्ट उतार चढ़ाव ईएनएमए के लिए चयनित संरचनाओं के अवशेष-वार अस्थिरों की गणना के लिए नीले "अगला" (उतार चढ़ाव) बटन पर क्लिक करें। RMSD- आधारित क्लस्टरिंग द्वारा अस्थिरता प्रोफाइल को रंगाने के लिए "RMSD द्वारा क्लस्टर" टॉगल करें RMSIP- आधारित क्लस्टरिंग द्वारा अस्थिरता प्रोफाइल को रंगाने के लिए "RMSIP द्वारा क्लस्टर" टॉगल करें। एक दूसरे के अलावा समूहीकृत अस्थिरता प्रोफाइल को साजिश करने के लिए "स्प्रेड लाइनों" चेकबॉक्स को टॉगल करें एनएमए और पीसीए की तुलना करना व्यक्तिगत एनएम और पीसी के बीच समानता की गणना करने के लिए नीले "अगला" बटन (पीसीए-बनाम-एनएमए) पर क्लिक करें। एक पी चुनेंपीसीए टैब में गणना की गई पीसी के लिए इस संरचना के एनएम के बीच समानता की गणना करने के लिए "संरचना की एनएम्स की तुलना करें" ड्रॉप डाउन मेनू से डीबी आईडी। ओवरलैप विश्लेषण गणना की गई एनएम के बीच ओवरलैप की गणना करने के लिए नीले "अगला" (ओवरलैप विश्लेषण) बटन पर क्लिक करें और दो चयनित संरचनाओं के बीच संरचना अंतर वेक्टर पर क्लिक करें। संदर्भ पीडीबी के साथ जोड़ी की तुलना के लिए संरचना तालिका में "ढांचे की एनएम्स की तुलना करें" ड्रॉप डाउन मेनू और या एक या अधिक पीडीबी आईडी से एक 'संदर्भ' पीडीबी आईडी का चयन करें। क्लस्टरिंग विश्लेषण जोड़ी-वार एनएम समानता (आरएमएसआईपी) के आधार पर संरचना क्लस्टरिंग करने के लिए नीले " अगला" (क्लस्टरिंग) बटन पर क्लिक करें।

Representative Results

एडेनीलेट काइनेज (एडीके) एक सर्वव्यापी एंजाइम है जो कई सेलुलर प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक कोशिकालोग्राम न्यूक्लियोटाइड के बीच संतुलन बनाए रखने के लिए कार्य करता है। एडीके एटीपी से एएमपी तक एक फास्फोरील ग्रुप के प्रतिवर्ती स्थानांतरण का उत्प्रेरित करता है। यह प्रतिक्रिया अच्छी तरह से अध्ययनित दर के साथ है, जिसमें गठनात्मक परिवर्तन 3 , 21 है । यहां हम वर्तमान में उपलब्ध एडीके संरचनाओं का विश्लेषण Bio3D-web के साथ विस्तृत सुविधाओं और इन आवश्यक बदलावों के तंत्र संबंधी सिद्धांतों का खुलासा करने के लिए करते हैं। हम किसी भी ज्ञात एडीके संरचना के आरसीएसबी पीडीबी कोड में प्रवेश करके एडीके के हमारे जैव -3 डी वेब विश्लेषण शुरू कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, एसडीईटी टैब के पैनल ए में पीडीबी आईडी 1 एके में प्रवेश 167 अनुक्रम समान संरचना देता है जिसमें से शीर्ष 26 स्वचालित रूप से आगे के विश्लेषण के लिए चुने गए हैं (पैनल बी देखें)। एनोटेशन उपस्थितपैनल में एड सी इंगित करता है कि इन चयनित संरचना ई। कोलाई से हैं, एक्स-रे विवर्तन द्वारा अंतरिक्ष समूहों की एक श्रृंखला में हल किया गया; 1.63 से 2.8 Å की एक रेजोल्यूशन सीमा होती है, और अलग-अलग लिगैंड्स (बिना लेगैंड, एएमपी, एडीपी, एमजी और अवरोधी एपीआर सहित) के साथ सह-क्रिस्टीटेड थे। ध्यान दें कि अतिरिक्त एनोटेशन विवरण पैनल सी में "दिखाएँ / छुपाएं कॉलम" विकल्प पर क्लिक करके प्रदर्शित किया जा सकता है। एकाधिक अनुक्रम संरेखण ALIGN टैब दर्ज करने पर किया जाता है। ALIGN टैब का पहला पैनल अनुक्रम पंक्तियों की संख्या (पीडीबी संरचनाओं की संख्या के बराबर) के साथ ही पदों की संख्या ( यानी संरेखण स्तंभ) के विवरण प्रदान करने के लिए संरेखण का सारांश दिखाता है। इसमें अंतर की संख्या और गैर-अंतर वाला स्तंभ शामिल हैं पहली पंक्ति के दाहिने हाथ की आकृति अनुक्रम संरेखण के एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व प्रदान करती है यहां वेंई ग्रे क्षेत्र नॉन-गैप की स्थिति का प्रतिनिधित्व करते हैं, जबकि संरेखण में सफेद क्षेत्र अंतर के अनुरूप होते हैं। अनुक्रम संरक्षण का एक प्रतिनिधित्व लाल क्षेत्रों के साथ संरेखण के ऊपर दिखाया गया है जो सुदृढ़ संरक्षित पदों का संकेत देता है, और सफेद कम संरक्षित दर्शाते हैं। ध्यान दें कि इस आंकड़े के क्रम को बाएं हाथ की ओर क्लस्टरिंग डेंडर्रोग द्वारा प्रदान की गई समानता के आधार पर क्रमबद्ध किया गया है। इस टैब के दूसरे पैनल में उनके जोड़ी-वार अनुक्रम समानता के आधार पर चयनित पीडीबी के क्लस्टरिंग की सुविधा होती है, जिसे डेंडर्रोग या गर्मी का नक्शा के रूप में देखा जा सकता है। डिफ़ॉल्ट रूप से, क्लस्टर की व्यवस्था का प्रतिनिधित्व करते हुए एक डेन्ड्रोग्राम (या पेड़ आरेख) दिखाया जाता है। डेंडर्रोग के y- अक्ष समूहों के बीच दूरी (अनुक्रम पहचान के संदर्भ में) को दर्शाता है। संरचना सुपरपोजिशन स्वचालित रूप से फिट टैब में प्रवेश करने पर किया जाता है। सुपरमंपास्पटेड संरचनाएं, पैनल ए, इंडिका में इंटरैक्टिव रूप से प्रदर्शित हुईंएक अपेक्षाकृत कठोर कोर क्षेत्र की उपस्थिति (विस्तृत अवशेष 1-2 9, 68-117, और 161-214; विवरण के लिए एफआईटी टैब के निचले भाग में 'वैकल्पिक कोर और आरएमएसडी विवरण' पैनल देखें)। दो और चर न्यूक्लियोटाइड बाध्यकारी क्षेत्रों (अवशेष 30-67 और 118-167) भी स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहे हैं ( चित्रा 2 )। आरएमएसडी आधारित क्लस्टरिंग समूह इन संरचनाओं को दो विशिष्ट रूपों में पीसीए टैब पर क्लिक करना अधिक स्पष्ट रूप से इन क्षेत्रों के विस्थापन के संबंध में संरचनाओं के बीच संबंध को दर्शाता है जो संबंधित संरचनाओं ( चित्रा 2 बी और 2 सी ) में बाध्य न्यूक्लियोटाइड प्रजातियों पर प्रभावी ढंग से बंद हो जाते हैं। अधिकांश संरचनाएं 'बंद' रूप में हैं ( चित्रा 2 सी में नीली) और एक बाध्य लिगेंड या अवरोधक से जुड़े हैं। इसके विपरीत अधिक 'खुली' रूपरेखा न्यूक्लियोटाइड और अवरोधक मुक्त हैं। यह साथ संगत हैएडीके संरचना और गतिशीलता पर शोध का व्यापक शरीर यह दर्शाता है कि न्यूक्लियोटाइड बाइंडिंग के लिए इन क्षेत्रों की एक खुली विन्यास की आवश्यकता होती है और प्रभावी फोस्फोरील हस्तांतरण और हानिकारक हाइड्रोलिसिस की घटनाओं के दमन के लिए एक बंद संरचना होती है। यह उल्लेखनीय है कि एक एकल पीसी इस एडीके संरचना सेट में कुल मतलब वर्ग विस्थापन के 97% को कैप्चर करता है और इस कार्यात्मक विस्थापन (ऐप के पैनल सी) में अलग-अलग अवशेषों के योगदान के साथ-साथ बंद संक्रमण के लिए खुला और स्पष्ट विवरण प्रदान करता है। और चित्रा 2 )। एनएमए टैब पर जाकर और गणना के लिए माना जाने वाले संरचनाओं की संख्या में वृद्धि (समान संरचनाओं को फ़िल्टर करने के लिए कटऑफ को कम करने के माध्यम से) से पता चलता है कि खुले राज्य संरचना बंद फार्म संरचनाओं (एप के चित्रा 2 डी और पैनल सी) की तुलना में बढ़ाया स्थानीय और वैश्विक गतिशीलता प्रदर्शित करती है। । के लिए पीसीए और एनएमए परिणामों की तुलनाव्यक्तिगत संरचनाएं (पैनल डी) इंगित करता है कि सभी खुले फार्म संरचनाओं का पहला मोड पीसी 1 (0.37 ± 0.04 के माध्य मूल्य के साथ) के लिए एक अपेक्षाकृत उच्च ओवरलैप दिखाता है। इसके विपरीत, बंद रूप संरचनाएं कम मूल्य दिखाती हैं (0.30 ± 0.01 का मतलब)। खुली फार्म संरचनाओं (0.62 ± 0.003) के लिए आरएमएसआईपी मान बंद संरचनाओं (0.56 ± 0.008) की तुलना में अधिक हैं इसके अलावा, ओवरलैप विश्लेषण से पता चलता है कि ओपन स्टेट के पहले मोड में गठनात्मक बदलाव के साथ अच्छे समझौते हैं, जो खुले और बंद राज्यों (पैनल ई) के अंतर का वर्णन करता है। RMSIP मानों के आधार पर क्लस्टरिंग फिर से खुली और बंद राज्य संरचनाओं (पैनल एफ) के सुसंगत विभाजन को प्रदर्शित करता है। सामूहिक रूप से ये परिणाम एडीके के लिए दो बड़े अलग-अलग गठनात्मक राज्यों के अस्तित्व को दर्शाते हैं। ये दो न्युक्लियोटाइड बाध्यकारी साइट क्षेत्रों की सामूहिक कम आवृत्ति विस्थापन से भिन्न होती हैं जो विशिष्ट फ़्लेक्सीबिल दिखाते हैंन्यूक्लियोटाइड बाध्यकारी चित्रा 1: पीसीओ और एनएमए टैब के स्क्रीन शॉट्स के साथ बायो 3 डी-वेब ओवरव्यू। सर्च टैब ( 1 ) में इनपुट के रूप में बायो 3 डी-वेब एक उपयोगकर्ता प्रदान की गई प्रोटीन संरचना या क्रम लेता है। सर्वर संबंधित संरचनाओं की एक सूची प्रदान करता है, जिसे आगे के विश्लेषण के लिए चुना जा सकता है। ( 2 ) ALIGN टैब SEARCH टैब में चयनित संरचनाओं का अनुक्रम संरेखण और विश्लेषण प्रदान करता है। ( 3 ) एफआईटी टैब में सभी संरचनाएं अधिसूचित होती हैं और 3 डी में पारंपरिक युग्म-वार संरचना विश्लेषण के परिणामों के साथ मिलकर कल्पना की जाती हैं। ( 4 ) संरचना सेट के मुख्य घटक विश्लेषण पीसीए टैब में इंटर-कंफ़ॉर्मर संबंधों को चिह्नित करने के लिए किया जाता है। ( 5 ) प्रत्येक संरचना पर सामान्य मोड विश्लेषण ईएनएमए टैब में किया जा सकता हैउपलब्ध संरचनात्मक राज्यों के लिए गतिशील प्रवृत्तियों का पता लगाने के लिए इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें चित्रा 2: एडोनिलेट केनेज के जैव 3 डी-वेब विश्लेषण के परिणाम। ( ए ) पहचानित अपरिवर्तनीय मूल पर एडीनीलेट किनेज की उपलब्ध पीडीबी संरचनाएं। फिट टैब में आरएमएसडी आधारित क्लस्टरिंग के अनुसार स्ट्रक्चर रंगीन होते हैं। ( बी ) प्रमुख घटकों का विज़ुअलाइज़ेशन डेटा सेट में प्रमुख गठनात्मक रूपांतरों को चिह्नित करने के लिए पीसीए टैब से उपलब्ध है। यहां, पहले मुख्य घटक के अनुरूप प्रक्षेपवक्र ट्यूब प्रस्तुतीकरण में दिखाया गया है जिसमें प्रोटीन के बड़े पैमाने पर समापन गति दिखाई दे रही है। ( सी ) संरचनाएं जनसंपर्क हैंएक कन्फॉर्मर साजिश में अपने दो प्रथम प्रमुख घटकों पर लगाए गए, जो कि गठनात्मक परिवर्तनशीलता का कम-आयामी प्रतिनिधित्व दिखा रहा है। प्रत्येक डॉट (या संरचना) रंगीन उपयोगकर्ता निर्दिष्ट मापदंड के अनुसार है, इस स्थिति में पीसीए आधारित क्लस्टरिंग परिणाम। ( डी ) ईएनएमए टैब में सामान्य मोड विश्लेषण बंद फार्म (नीला) संरचनाओं की तुलना में खुला राज्य (लाल) में संरचनाओं के लिए बढ़ाया स्थानीय और वैश्विक गतिशीलता का सुझाव देता है इस आंकड़े के एक बड़े संस्करण को देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें

Discussion

उपलब्ध क्रिस्टलोग्राफिक संरचनाओं से संरचनात्मक, गतिशील और कार्यात्मक प्रोटीन राज्यों का इंटरएक्टिव एक्सप्लोर करें और मैप करने के लिए Bio3D-web का उपयोग किया जा सकता है। इसके अलावा, एनएमए और पीसीए आधारित क्लस्टरिंग परिणाम, एक साथ एनोटेशन और अनुक्रम आधारित विश्लेषण के साथ-साथ अधिक समय लेने वाली विश्लेषण जैसे प्रतिनिधि कलाकारों को चुनने के लिए विशेष रूप से उपयोगी हो सकते हैं जैसे कि कलाकारों के छोटे अणु डॉकिंग या आणविक गतिशीलता सिमुलेशन। बायो 3 डी-वेब इस प्रकार तकनीकी विशेषज्ञता के आवश्यक स्तर को कम करके शोधकर्ताओं की एक विस्तृत श्रेणी के लिए उन्नत संरचनात्मक जैव सूचना विज्ञान विश्लेषण की सुविधा प्रदान करता है। Bio3D- वेब के वर्तमान डिजाइन पूर्ण स्वसंपूर्ण Bio3D पैकेज में उपलब्ध कई विश्लेषण विधियों के संपूर्ण समावेश पर सादगी पर जोर देते हैं। कई मामलों में यह माना जाता है कि शोधकर्ता अपने प्रोटीन परिवार या ब्याज की अधिकता के सामान्य रुझान को समझने के लिए जैव 3 डी-वेब का उपयोग करेंगे, जो तब अधिक विशिष्ट विश्लेषणों को सूचित कर सकते हैं। Bio3D- वेब हैफिर से जैव-आणविक संरचना डेटासेट का पता लगाने और एक परिकल्पना पैदा करने वाले उपकरण के रूप में कार्य करने के लिए डिज़ाइन किया गया। हम उपयोगकर्ताओं को अपने डेटा को आगे बढ़ाने के लिए प्रोत्साहित करते हैं, उदाहरण के लिए प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य रिपोर्ट में Bio3D कोड प्रदान करते हैं जो सभी क्वेरी विवरण और विश्लेषण परिणाम भी संग्रहीत करता है।

उपरोक्त प्रतिनिधि उदाहरण प्रोटोकॉल में, हम एडीके के कार्यात्मक गठनात्मक बदलावों की संरचनात्मक सुविधाओं को प्रकट करने के लिए Bio3D-Web की क्षमता दिखाते हैं। Bio3D- वेब के अतिरिक्त अनुप्रयोगों में उपयोगकर्ता द्वारा अपलोड की गई पीडीबी संरचनाओं के संरचनात्मक और गतिशीलता विश्लेषण शामिल हैं। उदाहरण के लिए, उपयोगकर्ता विश्लेषण के लिए नए संरचनाएं या वास्तव में प्रोटीन श्रृंखला अपलोड कर सकता है। पहले उल्लेख किए गए विश्लेषण चरण, विशेष रूप से ईएनएमए चरण, प्रोटीन गति में स्थानीय और वैश्विक रुझान दोनों प्रकट कर सकते हैं, सामूहिक गति कार्यात्मक महत्व के होने के साथ। एपीओ स्ट्रक्चर के साथ तुलना में भी अनबाउंड तक गठनात्मक बदलावों की विशेषताओं का पता चलता है। आवेदन के अतिरिक्त उदाहरण के लिएविभिन्न प्रोटीन परिवारों की एक श्रृंखला ऑनलाइन प्रदान की जाती है

यद्यपि सभी प्रोटीन लचीला और गतिशील संस्थाएं हैं, सभी प्रोटीनों पर विभिन्न परमाणु रिज़ॉल्यूशन स्ट्रक्चर उपलब्ध नहीं हैं, जैसे कि विभिन्न राज्यों ( जैसे सक्रिय और निष्क्रिय राज्य)। प्रोटीन स्ट्रक्चर स्पेस के बारे में हमारा विचार सीमित है इसलिए इसलिए बायो 3 डी-वेब जैसे उपकरणों से प्राप्त अंतर्दृष्टि निश्चित प्रोटीन के लिए सीमित है। हालांकि, वर्तमान तकनीकी विकास और संरचनात्मक जीनोमिक्स के लिए नई पहल जो यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल के साथ महत्वपूर्ण संरचना-फ़ंक्शन रिश्तों में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए एक महत्वपूर्ण मार्ग बन जाएगा। एक महत्वपूर्ण कदम, जो अधिक दूर से संबंधित प्रोटीन का विश्लेषण करते समय विशेष रूप से महत्वपूर्ण होता है, ALIGN टैब में संरेखण त्रुटियों का संभावित उदय है। संरेखण त्रुटियां अनिवार्य रूप से उत्पन्न होती हैं जब अनुक्रम समानता 30% से कम हो जाती है और उपयोगकर्ता को ऐसे मामलों में दो बार जांचनी चाहिए और अनुक्रम संरेखण को ठीक करना चाहिएALIGN टैब में संरेखण त्रुटियों का परिणाम एफआईटी टैब में गलत अधोसंरचना संरचनाओं में होगा और इसके बाद के पीसीए के लिए सबसे प्रासंगिक गठनात्मक रूपों को मुखौटा बनाना होगा। इसके अतिरिक्त, उपयोगकर्ता को चयनित पीडीबी संरचनाओं में लापता अवशेषों के बारे में जागरूक होना चाहिए क्योंकि वर्तमान कार्यान्वयन में पीसीए केवल प्रोटीन अवशेषों पर ही किया जा सकता है जिसमें सभी संरचनाओं के अनुरूप कार्बन अल्फा परमाणु हल हो। नतीजतन, यदि एक चयनित पीडीबी में प्रोटीन के किसी विशेष क्षेत्र के लिए अनसुलझे अवशेष हैं तो यह क्षेत्र पीसीए से छोड़ा जाएगा।

बायो 3 डी-वेब वर्तमान में एकल श्रृंखला पीडीबी संरचनाओं के विश्लेषण तक सीमित है नतीजतन, मौजूदा प्रोटोकॉल का उपयोग करके चतुर्भुज स्तर पर होने वाले कार्यात्मक गति का पता नहीं लगाया जा सकता है। यद्यपि हम वर्तमान में Bio3D-web में ऐसे विश्लेषण को शामिल करने के लिए नए एल्गोरिदम का विकास कर रहे हैं, केवल मौजूदा विकल्प परंपरागत Bio3D उपयोग के माध्यम से है

Bio3D- वेब एकमात्र ऑनलाइन आवेदन हैआयन जो संरचनाओं की पहचान करने और संरचनाओं की पहचान करने, उनके अनुक्रम और संरचनात्मक परिवर्तनशीलता के पैटर्न को समझने और उनकी संरचनात्मक ढलवांपन के विश्लेषण और भविष्यवाणी से यंत्रवत् जानकारी निकालने के लिए संभव बनाता है। आणविक दृश्य उपकरण और ऑनलाइन सर्वर की एक विस्तृत श्रृंखला शोधकर्ताओं को व्यक्तिगत जैव-आणविक संरचनाओं का पता लगाने और उनका विश्लेषण करने में सक्षम बनाती है। हालांकि, बड़े विषम प्रोटीन परिवारों के अनुक्रम, संरचना और गतिशीलता के विश्लेषण के लिए मौजूदा टूल को अक्सर महत्वपूर्ण कम्प्यूटेशनल विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है और आमतौर पर केवल प्रासंगिक प्रोग्रामिंग कौशल वाले उपयोगकर्ताओं के लिए ही पहुंच योग्य होती है। उदाहरण के लिए, Bio3D पैकेज को आर ^{8 की} आवश्यकता होती है, प्रोडी को अजगर की आवश्यकता होती है और मैवेन को मैटलब नॉलेज ^{9 , 10 की} आवश्यकता होती है। इसके विपरीत में Bio3D- वेब को कोई प्रोग्रामिंग ज्ञान की आवश्यकता नहीं है और इस प्रकार प्रवेश की उपलब्धता बढ़ जाती है और उन्नत तुलनात्मक क्रम, संरचना और डिएबल करने के लिए प्रवेश बाधा घट जाती है।अर्थशास्त्र विश्लेषण इसके अलावा, कुशल विश्लेषण के लिए अक्सर आवश्यक आणविक संरचनाओं की तैयारी, परिशोधन, एनोटेशन और साफ-सफाई में बायो 3 डी-वेब सेवा शामिल है। इसके अतिरिक्त, सक्षम कम्प्यूटेशनल संसाधनों पर इस तरह के विश्लेषण को निष्पादित करने के लिए प्रतिबंध हमारे सर्वर उदाहरण से कम हो गया है जो कई संरचनाओं के बड़े पैमाने पर विश्लेषण को सक्षम करता है जो किसी भी आधुनिक वेब ब्राउज़र से शुरू किया जा सकता है और नियंत्रित किया जा सकता है।

बायो 3 डी-वेब का खुला विकास चालू है (https://bitbucket.org/Grantlab/bio3d देखें)। हम नई विश्लेषण कार्यक्षमता जोड़ना जारी रखते हैं और मौजूदा तरीकों में सुधार करते हैं। भविष्य के विकास में दूरी मैट्रिक्स आधारित पीसीए और टॉरसोनल पीसीए, अधिक व्यापक अनुक्रम संरक्षण दृष्टिकोण शामिल होंगे जिसमें एक फिलाोजेनेटिक घटक, कलाकारों की बाध्यकारी साइट पहचान, और प्रोटीन परिवारों में गतिशील नेटवर्क विश्लेषण के लिए नए दृष्टिकोण शामिल होंगे। इस संबंध में वर्तमान वेब अनुप्रयोग प्रारंभिक अंक का प्रतिनिधित्व करता हैटी के लिए कई अन्य सहयोगी संरचनात्मक जैव सूचनात्मक विश्लेषण वर्कफ़्लोज़ द्वारा उपयोगकर्ता परिभाषित प्रायोगिक संरचना सेट पर प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और साझा करने योग्य कदम सक्षम कर सकते हैं। हम पीडीबी संरचनाओं की असममित इकाई से अलग-अलग और कई श्रृंखलाओं के अतिरिक्त पुनर्निर्मित जैविक इकाई समन्वय सेट के भविष्य के समर्थन की भी योजना बनाते हैं। अतिरिक्त सुविधाओं में पूर्ववत संभावना के साथ-साथ सहयोगी कार्यस्थानों की बढ़ी हुई बचत और लोड शामिल होगी

बायोमोलेक्युलर संरचना डेटा के इंटरैक्टिव विश्लेषण के लिए Bio3D- वेब एक ऑनलाइन आवेदन है। Bio3D- वेब किसी भी आधुनिक वेब ब्राउज़र पर चलता है और इसके लिए कार्यक्षमता प्रदान करता है: (1) संबंधित प्रोटीन संरचना की पहचान समानता के उपयोगकर्ता निर्दिष्ट थ्रेसहोल्ड के लिए सेट करती है; (2) उनके एकाधिक संरेखण और संरचना superposition; (3) अनुक्रम और संरचना संरक्षण विश्लेषण; (4) मुख्य घटक विश्लेषण के साथ इंटर-कंफार्मर रिलेशन मैपिंग, और (5) पहनावा आंतरिक गतिशीलता की गणना के जरिए और न हीमल मोड विश्लेषण यह एकीकृत कार्यप्रणाली प्रोटीन परिवारों और सुपरफामिली में अनुक्रम-संरचना-गतिशील संबंधों की जांच के लिए एक पूर्ण कार्यप्रवाह प्रदान करती है। पैरामीटर और विधि विकल्पों के प्रभाव की खोज के लिए डायनामिक इंटरफ़ेस का उपयोग करने के लिए सुविधाजनक आसान के अलावा, Bio3D- वेब उपयोगकर्ता के सत्र के पूर्ण उपयोगकर्ता इनपुट और उसके बाद के आलेखीय परिणामों को भी रिकॉर्ड करता है। यह उपयोगकर्ताओं को उनके परिणामों को बनाया गया विश्लेषण चरणों का अनुक्रम आसानी से साझा और पुन: उत्पन्न करने की अनुमति देता है। बीओ 3 डी-वेब पूरी तरह से आर भाषा में लागू है और यह Bio3D और चमकदार आर पैकेजों पर आधारित है। इसे हमारे ऑनलाइन सर्वर से चलाया जा सकता है या किसी कंप्यूटर पर स्थानीय रूप से स्थापित किया जा सकता है। इसमें किसी भी स्थानीय सर्वर की स्थापना शामिल है, जो प्राथमिकता वाले स्ट्रक्चरल डाटासेट्स जैसे फार्मास्यूटिकल उद्योग में आम लोगों के लिए कस्टम मल्टी यूजर इंस्टेंस प्रदान करती है। पूर्ण स्रोत कोड और व्यापक प्रलेखन GPL-3 के तहत खुले स्रोत लाइसेंस के अंतर्गत प्रदान किया जाता है: http://thegrantlab.org/ Bio3d / webapps

Materials

Bio3D-web
Web-site	http://thegrantlab.org/bio3d-web/
Requirements	Web browser