Bio3D-webとのタンパク質配列構造ダイナミクスの関係の研究

Bio3D-web の全体的な目標は、タンパク質ファミリーの配列、構造、および確認された多様性のインタラクティブな解析を可能にすることです。Bio3D-webは、大規模なタンパク質ファミリー内の配列、構造、およびダイナミクスの関係を理解するのに役立つ新しいWebアプリケーションです。Bio3D-webの主な利点は、ユーザー側の事前のプログラミング知識を必要とせずに、インタラクティブで再現性のあるオンラインシーケンス、構造、およびダイナミクス解析を提供できることです。

解析用の構造を入力するには、タンパク質データベースを検索して、アデニル酸キナーゼのPDB IDを取得します。アデニル酸キナーゼの 4 文字の PDB ID を入力するか、入力構造または配列パネルのテキストボックスにタンパク質配列を貼り付けます。最初のパネルで青色の次のヒット選択ボタンをクリックするか、パネル B のヒット選択までスクロールしてさらに分析します。

[含まれる構造物の合計数の制限] スライダーが最大値に設定されていることを確認して、カットオフより上のすべての構造物を含めるようにします。包含ビットスコアのカットオフを下げて、より遠い関連ヒットを含めるか、除外するために増やします。選択したヒットが関連する構造を表していることを確認するには、PDB名、種、結合リガンドなどのテーブルの詳細を調べます。

alignタブをクリックして、searchタブから選択したストラクチャーのシーケンスアライメントを実行します。特に、配列の類似性が30%未満の場合など、より遠い関連タンパク質を分析する場合、アラインメントエラーが発生する可能性があります常に[アライン]タブで配列のアラインメントを再確認して修正します。パネル A の配置概要で位置合わせ概要を確認します。

対象領域が整列し、1 つ以上の構造のギャップによってマスクされていないことを確認します。青色の「next analysis」ボタンをクリックして、収集した構造のシーケンスベースのクラスタリング解析を実行します。次に、青色の「next conservation (次へ)」ボタンをクリックして、列ごとの残留物保存を計算します。

整列した構造セットを選択して、各整列位置での残基保存のプロットを生成します。[フィット]タブを入力して、構造の重ね合わせを実行します。目視検査により、タンパク質構造が対応する関連領域に重ね合わされていることを確認します。

マウスをクリックして構造上にドラッグすると回転し、スクロールしてズームします。色のオプションをクリックして、構造物の色を調整します。次に、青色の「next analysis」ボタンをクリックして、収集したPDB構造体の構造ベースのクラスタリングを実行します。

プロットオプションのドロップダウンメニューでRMSDヒートマップを切り替えます。青色のネストRMSFボタンをクリックすると、X軸の周辺領域に主要な二次構造要素が示されている各残基の構造変動性が表示されます。PCAタブに入り、主成分分析を実行します。

主成分を可視化するには、show PC trajectoryチェックボックスを切り替えて、ブラウザ内の可視化ツールで主成分によって記述された動きを可視化します。最初のドロップダウンメニューからプリンシパルコンポーネント1が選択されていることを確認します。他の主成分によって記述された動きを視覚化するには、主成分の選択ドロップダウンメニューから目的のPCを選択します。

青色のnext plotボタンをクリックして、選択した2台のPCに個々の構造を投影します。X軸のPCが1に、Y軸のPCが2に設定されていることを確認します。構造を他の主要コンポーネントに投影するには、それに応じて PC の番号付けを調整します。

プロット内の任意の個々のポイントをクリックして、構造にラベルを付けます。または、プロットの下のテーブル PCA 配座配座の個々の主成分に対する残基寄与を計算するには、青色の「next residue contributions (次の残基寄与)」ボタンをクリックします。

追加の主成分の寄与をプロットするには、主成分の選択テキスト ボックスに PC 番号を含めます。[eNMA]タブをクリックして、ノーマルモードの計算を開始します。ストラクチャーの数を調整するには、ストラクチャーの包含または除外のカットオフを下げたり増やしたりします。

緑色のランアンサンブルNMAをクリックして、ノーマルモード解析の計算を開始します。eNMA タブの 2 番目のパネル (ノーマル モードの視覚化) までスクロールダウンして、ノーマル モードを視覚化します。青色の「next fluctuations」ボタンをクリックして、アンサンブルノーマルモード解析用に選択した構造の残基ごとの揺らぎを計算します。

RMSDでクラスタを切り替えて、RMSDベースのクラスタリングによって変動プロファイルを色付けします。スプレッドラインチェックボックスを切り替えて、グループ化された変動プロファイルを互いに離してプロットします。次に、青色の「next PCA versus NMA」ボタンをクリックして、個々のノーマルモードと主成分間の類似性を計算します。

下部にある青色の「次へ」ボタンをクリックすると、解析結果、ユーザー定義の入力、およびパラメータの選択肢のレポートが生成されます。レポートは、共有可能なPDF、Word、およびHTML形式でダウンロードできます。このレポートには、後で分析セッションを再確認するためのリンクも含まれており、共同研究者と共有することもできます。

ここに示されているのは、同定された不変コアに重ね合わせたアデニル酸キナーゼの利用可能なPDB構造です。構造は、フィットタブで提供されるRMSDベースのクラスタリングに従って色分けされます。PCAタブから主成分の可視化を行い、データセットの主要なコンフォメーション変動を特徴付けることができます。

ここでは、第1の主成分に対応する軌跡を、タンパク質の大規模な閉鎖運動を示すチューブ表現で示しています。構造は、配座変動の低次元表現を示す配座プロットの 2 つの最初の主成分に投影されます。各ドットまたは構造は、ユーザーが指定した基準 (この場合は PCA ベースのクラスタリング結果) に従って色分けされます。

「eNMA」タブのノーマルモード解析では、閉状態と比較して、開状態の構造のローカルおよびグローバルダイナミクスが強化されていることが示唆されます。Bio3D-webは、配列と構造のセットを探索し、目的のタンパク質ファミリーの一般的な傾向を数分で理解するために使用できます。Bio3D-web haは、キネシンスーパーファミリーの構造解析に情報を提供するのに役立ちました。

Bio3D-webは、配列-構造-動的関係の完全にカスタマイズされた研究のための完全なワークフローを提供します。このワークフローは、PCAとの相互適合性関係マッピング、およびアンサンブルNMAを使用した大規模な異種構造セット間のローカルおよびグローバルダイナミクスの定量的比較の機能を提供します。ほとんどの研究者は、関心のあるタンパク質ファミリーの一般的な傾向を理解するためにBio3D-webを使用することが想定されており、これによりさらに専門的な分析に情報を提供できます。

したがって、Bio3D-webは、すべてのユーザー定義パラメータを含む共有可能な要約レポートを備えた仮説生成ツールとして設計されています。Bio3D-webからの結果もダウンロード可能で、Bio3D-Rパッケージと完全に互換性があり、さらに詳細な分析が可能です。現在、特定のタンパク質ファミリーに対して多くの構造が利用可能であり、多くの場合、さまざまな条件下で決定されます。

これらの多数の構造を比較することで、リガンド結合、触媒作用、アロステリック制御など、その機能に重要な構造メカニズムを知ることができます。Bio3D-webは、専用のソフトウェアをインストールしたり、新しいプログラミング言語を学習したりしなくても、広くアクセスでき、簡単に使用できます。Bio3D-webは、すべての主要なブラウザでサポートされています。

ローカルセットアップの完全なソースコードとセットアップ手順は、無料で入手できます。