HIV-1 V3 döngü Taç R2 Sıra immünolojik İlgili Dinamik Tersiyer Yapısal Özellikler Değerlendirilmesi Ab initio Katlanır
15 Eylül 2010
Taç bölgesi yüzeyinde HIV-1 zarf glikoprotein (gp120) farklı V3 döngü dizilerinin yapısal pozisyonları siliko katlama birçok durumda karakterize edilebilir bir state-of-the-art kullanarak döngü 10 ila 22 Ab initio Katlanır algoritması. Burada, HIV-1 R2 gerilme, şaşırtıcı fonksiyonel özellikleri ile benzersiz bir nötralizasyon hassas gerginlik V3 döngü bu bölgenin katlama ve değerlendirme göstermektedir.
Aşağıdaki deneyin genel amacı, HIV'nin R two suşunun V three crown peptid dizisinin dinamik yapısal tercihlerini AR katlanması aracılığıyla değerlendirmek ve sonuçları R two suşunun bilinen nötralizasyon duyarlılıkları ile ilişkilendirmektir. Bu, R two V three loop crown'un uygun bir fragmanının AR bonni ile katlanmak üzere seçilmesiyle gerçekleştirilir. İkinci bir adım olarak, R two crown fragmanının tüm olası konformasyonlarını tarayan ve en olası konformasyonları bir stack dosyasına kaydeden katlanma simülasyonu gerçekleştirilir.
Ardından, R iki V üç crown yapısının nötralizasyon duyarlılığını açıklayabilecek dinamik yapısal tercihini belirlemek için kaydedilen konformasyonlar analiz edilir. İkincil yapıya, tercihe ve araştırılan konformasyon yığınının enerji dağılımına dayanarak, V üç döngüsünün 12 ile 14. pozisyonlarındaki rijit beta strand bölgelerine yönelik bir tercih olduğu sonuçlarına ulaşılır. Merhaba, ben Timothy Cardozo; sizinle New York Üniversitesi Tıp Fakültesi Farmakoloji Bölümü'ndeki laboratuvarımdan konuşuyorum.
Bugün size, GP120 olarak bilinen immünojenik bir HIV-1 viral proteinindeki esnek bir döngünün in vitro protein katlanması prosedürünü göstereceğiz. Bu esnek döngü, HIV-1 virüsünün bu yüzey zar glikoproteininin V3 döngüsü olarak bilinir ve ucuna V3 döngüsünün tacı denir. Katlama işlemini gerçekleştireceğimiz bölge burasıdır.
Laboratuvarımızda, başarılı HIV aşı tasarımlarına yönelik verimli yollar belirlememize yardımcı olması için bu prosedürü kullanıyoruz. Öyleyse başlayalım. Bu prosedüre başlamak için, in silico olarak katlanacak olan V3 crown dizisini seçin.
Bu laboratuvarda yapılan önceki çalışmalar, herhangi bir V üç döngü dizisinin 10 ile 22. pozisyonlarının en iyi sonuçları verdiğini göstermektedir; armenio katlanma deneylerini, ICM Pro Moleküler modelleme yazılımının grafik kullanıcı arayüzündeki (GUI) kullanıcı dostu açılır menüleri kullanarak gerçekleştirin. Öncelikle, bu diziye karşılık gelen peptidin üç boyutlu atomik yapısı bilgisayarın sanal ortamında oluşturulmalıdır. Üç boyutlu atomik yapıyı oluşturmak için dosya menüsüne gidin ve yeni seçeneğini belirleyin.
Bu işlem, birkaç sekmeye sahip bir ekran açacaktır. Peptit sekmesini seçin ve diziyi metin kutusuna yapıştırın veya yazın. Peptidin üç boyutlu yapısını oluşturmak için tamam'a tıklayın.
Yapı, ICM'nin grafik penceresinde görünecektir. Üç boyutlu yapı oluşturulduktan sonra, moleküler mekanik menüsüne gidin ve yan menü olarak açılacak olan minimize seçeneğini belirleyin. Yan menüden global seçeneğini seçin.
Bu işlem, varsayılan parametrelere göre önceden seçilmiş birkaç giriş alanı ve onay kutusunun bulunduğu bir ekranı açacaktır. Gerekiyorsa, katlanacak peptidi seçmek için seçimi değiştirin. Sırasıyla global hamle sayısını ve lokal minimum çağrı sayısını değiştirerek simülasyonun uzunluğunu ve hassasiyetini ayarlayın.
Peptidin tüm atomlarının katlanması için hepsini seçin. Ardından, katlanma sürecinin bir film dosyasını oluşturmak için filmi kaydet seçeneğini seçin. Son olarak, grafik penceresinde katlanmayı başlatmak için uygula seçeneğine tıklayın.
Algoritma, her bir konformasyon için peptit enerjisini hesaplayıp kaydederek peptidi farklı konformasyonlarda katlamaya başlar. İşlem tamamlandığında, peptidin enerji açısından en kararlı konformasyonu ile neredeyse aynı enerjiye sahip alternatif konformasyonlar belirlenecek ve bilgisayar üzerinde görselleştirilecektir Peptit katlama işlemi gerçekleştirilir. GUI kullanımı katlamanın nasıl göründüğünü gösterir, ancak V three loop crown katlaması için ideal parametre seçimine izin vermez.
Bu amaçla, katlamayı grafiksel olmayan komut satırından bir betik kullanarak gerçekleştirmek en iyisidir. Bir betik, basitçe, ICM programına otomatik olarak beslenen ve V3 döngüsünü katlamak için komut satırlarından oluşan bir betik kullanılarak art arda yürütülen, bir belgeye veya metin dosyasına satır satır kaydedilmiş bir dizi metin komutudur. İlk olarak, bilgisayarın sabit diskinde yerel bir dizine kaydedilecek bir metin dosyası yazın. Daha önce olduğu gibi, peptidi bilgisayarın sanal alanında oluşturarak başlayın.
Ardından simülasyona bir isim verin ve katlanma sırasında serbestçe dönmesine izin verilen peptit kimyasal bağları olan serbest değişken sayısını ayarlayın. Sonra, V üç loop'unun optimal katlanması için simülasyonun ne kadar süre çalışacağını belirtin. Bu süre, deneydeki konformasyonel aramanın hassasiyetini belirlemek için önceki adımda tanımlanan serbest değişken sayısına bağlı olacaktır; her yerel minimumda gerçekleştirilecek arama adımlarının sayısını ayarlayın.
Ardından, sıcaklık minimizasyonu, gradyan ve olasılık dağılımı dahil olmak üzere, önceki araştırmalara dayanarak simülasyon için optimize edilmiş diğer parametreleri ayarlayın. Deneysel parametrelerin ayarlanmasının ardından, katlanma sırasında hangi enerji hesaplamalarının kullanılacağını belirtin. Burada, Vander Vi'nin enerjisi VW internal peptide ile belirtilmiştir.
Enerji 14 ile, hidrojen bağı enerjisi HB elektrostatik ile belirtilmiştir. Solvasyon enerjisi El ile, yüzey alanı SF ile ve entropi ise EN ile gösterilmiştir. Tercih edilen ve aranacak olan ana zincir ve yan zincir açıları ile başlangıç konformasyonunu içeren nihai ayarları belirtin.
Son olarak, hesaplamayı çalıştırmak ve kaydetmek için gereken komutu yazın. Betik yazılıp bir metin dosyası olarak kaydedildikten sonra, bilgisayarın işletim sistemi komut istemi üzerinden çalıştırın. Daha önce olduğu gibi, peptidin enerjisel olarak en kararlı konformasyonu ile benzer enerjiye sahip alternatif konformasyonlar belirlenecek ve bilgisayar üzerinde görselleştirilmek üzere proje dosyasına kaydedilecektir.
Hesaplama tamamlandığında, EE açılır menüsünden file open seçeneğini belirleyerek dosyayı açın. Çalışma alanı panelinde molekülün yanındaki onay kutusuna tıklayarak molekülü görüntüleyin ve molecular mechanics stack view seçeneğini belirleyin. Katlanmadan elde edilen en iyi peptid konformasyonlarının enerjiye göre sıralanmış yığınını görüntülemek için, sonuçları çizdirmek amacıyla yığın panelinin sağ alt köşesindeki çizim aracına tıklayın.
Öncelikle açılan pencerede tamam'a tıklayın ve ardından grafiğin best confo adlı orta sekmesine tıklayın. Sonra, sonuçların yığın tablosundaki ilk satıra, yani aramada bulunan en düşük enerjili konformasyona tıklayın. Peptit yapısı, grafik penceresinde en düşük enerjili konformasyonuna göre yeniden düzenlenecektir.
Bu konformasyonu, özellikle peptidin ilk beş pozisyonundaki beta tabaka benzeri veya alfa heliks özellikleri açısından analiz edin. Dizideki bu bölgeyi seçip, tüm atomları görüntülemek için ekranın sol üst köşesindeki çubuk ikonuna tıklayın. Ardından, en iyi konformasyonları çizdirmek için enerji sonuçları yığını analiz edilmelidir.
En düşük enerjili konformasyon ile diğer konformasyonlar arasında belirgin bir enerji farkı varsa, bu durum rijit bir yapıya olan eğilimi gösterir. Sonuçları değerlendirmek için proje tüpünü açın ve moleküler mekanik yığın görünümünü seçin; yığın konformasyonlarının bir tablosu görünecektir. Histogram grafiği simgesine tıklayarak yığın konformasyonlarını görselleştirin.
Son olarak, yığın üzerinde bir film oluşturmak ve burada katlanma sonucunda ortaya çıkan konformasyonel tercihleri görselleştirmek için moleküler mekanik yığın oynat düğmesine tıklayın. R iki katlanması için sonuçlar gösterilmektedir. Konformasyon alfa heliks yapısında değildir ve V üç loop crown'lar için beklendiği üzere, özellikle 12 ile 14 arasındaki kalıntılarda bulunan fragmanda rastgele bir sarmal (random coil) yapısındadır.
V üç döngüsünde, yığın boyunca belirgin bir beta tabaka konformasyonel tercihi görülmekte ve çok az sayıda alfa heliks konformasyonu gözlemlenmektedir. Yerel bir beta tabaka konformasyonu, genişlemiş doğrusal şekli ile tanınır. Burası, HIV suşlarının bu pozisyonunda nadir görülen bir sekans olan ve R iki suşunun sıra dışı izolösin prolin metiyonin sekansının bulunduğu konumdur; bu sekansın R ikinin sıra dışı özelliklerinden sorumlu olduğu hipotez edilmiştir.
Ayrıca, en düşük enerjili konformasyon ile ikinci en düşük enerjili konformasyon arasında yaklaşık üç birimlik bir enerji boşluğu görülmektedir. Bu nedenle, yapı zamanın %1'inden daha azında en düşük enerjili konformasyonun dışına çıkmaktadır; bu da R2 V3 crown yapısının ve 12 ile 14. pozisyonlardaki yerel beta gerinim konformasyonunun, doğası gereği tamamen esnek olmaktan ziyade daha rijit bir yapıya sahip olduğunu göstermektedir. Size ICM yazılımında uygulanan abio algoritmasını kullanarak bir V3 loop crown sekansının nasıl katlanacağını ve HIV virüsünün R2 gerinimini kullanarak sonuçların nasıl analiz edileceğini göstermiş olduk.
Örnek olarak, bu prosedür uygulanırken, V üç kronun bir fragmanına karşılık gelen katlanma peptidinin kimliğini dikkatle seçmek önemlidir; ayrıca sonuçları konformasyonel tercih ve enerji açısından bir moleküler modelleme uzmanının danışmanlığıyla yorumlamak da önem taşımaktadır. Hepsi bu kadar. İzlediğiniz için teşekkürler ve deneylerinizde başarılar dileriz.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, gelişmiş katlanma simülasyonlarını kullanarak HIV-1'in R2 suşunun V3 crown peptid dizisinin dinamik yapısal tercihlerini değerlendirmektedir. Bulgular, bu yapısal tercihleri suşun nötralizasyon hassasiyetleri ile ilişkilendirmeyi amaçlamaktadır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Yapısal Biyoloji
- Viroloji
- Hesaplamalı Biyoloji
Arka Plan
- HIV-1'in gp120 proteinindeki V3 döngüsü, nötralizasyonunun anlaşılması için kritik öneme sahiptir.
- HIV-1'in R2 suşu, kendine özgü nötralizasyon duyarlılıkları sergilemektedir.
- In silico katlanma teknikleri, viral proteinlerin yapısal dinamikleri hakkında bilgiler sağlayabilir.
- Bu dinamiklerin anlaşılması, aşı tasarımına ve terapötik stratejilere ışık tutabilir.
Çalışmanın Amacı
- V3 crown peptid dizisinin yapısal tercihlerini değerlendirmek.
- Katlanma sonuçlarını, R2 suşunun nötralizasyon duyarlılığı ile ilişkilendirmek.
- Viral davranışı etkileyen temel yapısal özellikleri belirlemek.
Kullanılan Yöntemler
- Katlanma simülasyonları için R2 V3 loop crown fragmentinin seçilmesi.
- Yapısal analiz için bir ab initio katlanma algoritmasının kullanımı.
- Olası konformasyonları keşfetmek için katlanma simülasyonunun gerçekleştirilmesi.
- Dinamik yapısal tercihleri belirlemek için kaydedilen konformasyonların analizi.
Ana Sonuçlar
- Sonuçlar, 12 ile 14 arasındaki pozisyonlarda rijit bir beta zinciri konformasyonuna karşı bir tercihin olduğunu göstermektedir.
- Enerji dağılımına dayalı olarak ikincil yapı tercihleri gözlemlenmiştir.
- Bulgular, R2 suşunun nötralizasyon hassasiyetini açıklayabilir.
- Veriler, yapısal dinamiklerin viral nötralizasyonu etkilediği hipotezini desteklemektedir.
Sonuçlar
- Çalışma, R2 suşunun V3 döngüsünün yapısal özelliklerine dair bilgiler sunmaktadır.
- Bu dinamikleri anlamak, etkili HIV-1 müdahaleleri geliştirmek için kritik öneme sahiptir.
- Gelecekteki araştırmalar, terapötik stratejileri geliştirmek için bu bulgular üzerine inşa edilebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Yürütücü Endüstriyel Uygunluk
HIV-1 V3 loop tacının dinamik yapısal tercihlerini anlamak, konformasyonel sertliği nötralizasyon duyarlılığına bağlayarak aşı adaylarının risklerini azaltmak açısından kritiktir. Bu hesaplamalı yaklaşım, çeşitli viral suşların hızlı yapısal incelemesine olanak tanıyarak erken keşif aşamasında hedef doğrulamasını ve mekanistik risk azaltmayı destekler. Katlanma sonuçlarını immünolojik aktivite ile ilişkilendirerek bu yöntem, HIV aşı geliştirme sürecinde antijen tasarımı ve portföy önceliklendirmesinde öngörücü güven sağlar.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: V3 döngü dizisini yapısal dinamikler ve bağışıklık tanınmasıyla ilişkilendirerek terapötik hipotezleri sorgular.
- Operasyonel Değer: Deneysel kısıtlamalar olmaksızın binlerce dolaşımdaki HIV-1 suşunun hızlı in silico taramasını sağlar.
- Bilimsel Değer: Dizi değişkenliği arasında korunmuş yapısal motiflerin belirlenmesi yoluyla biyolojik risk azaltmayı destekler.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Sonraki basamaklardaki epitop haritalama ve antikor bağlanma analizleri için valide edilmiş yapısal modeller hazırlar.
- Operasyonel Değer: Tekrarlanabilir ab initio katlanma protokolleri aracılığıyla konformasyonel analizi standartlaştırır.
- Bilimsel Değer: Karşılaştırmalı suş değerlendirmesi için kantitatif enerji ve sekonder yapı çıktıları üretir.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Keşif aşamasındaki yapısal içgörüleri, geniş spektrumlu nötralize edici antikor uyarımının preklinik değerlendirmesiyle ilişkilendirir.
- Operasyonel Değer: Hesaplamalı modellemeden, ilgili hastalık modellerindeki immünojenite testlerine kadar süreklilik sağlar.
- Bilimsel Değer: Nötralizasyon hassasiyetiyle ilişkili yapısal özellikleri tanımlayarak riskten arındırılmış ilerlemeyi destekler.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Yöntem, hedef belirlemeden öncü bileşik optimizasyonuna kadar olan keşif sürekliliğine uyum sağlayarak, immünojen tasarımından önce yapısal risklerin azaltılmasına olanak tanır.
- Keşif Biyolojisi: Viral zarf proteinlerindeki sekans-yapı-fonksiyon ilişkilerine dair hipotezleri test eder.
- Tarama: Nicelleştirilmiş konformasyonel tercihlere sahip, deneye hazır yapısal topluluklar sunar.
- Analitikler: Objektif karşılaştırma için enerjiye göre sıralanmış konformasyonel yığınlar ve ikincil yapı tercihleri sağlar.
- Translasyonel Araştırma: Yapısal dinamikleri, preklinik modellerde gözlemlenen nötralizasyon fenotipleriyle ilişkilendirir.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Viral hedefler genelinde antijenik esnekliği değerlendirmek için yeniden kullanılabilir bir hesaplamalı iş akışı oluşturur.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Esnek loop bölgelerindeki mekanistik belirsizliği azaltarak hedef validasyonundaki öngörü güvenini artırır.
- Operasyonel Değer: Çeşitli viral diziler genelinde yapısal analizin tekrarlanabilirliğini ve ölçeklenebilirliğini geliştirir.
- Stratejik Değer: İmmün hassasiyetin yapısal belirleyicilerini netleştirerek antijen seçimindeki devam/durdur kararlarını iyileştirir.
- Portföy Etkisi: Yapısal ve immünolojik korelasyonlara dayalı olarak aşı adaylarının riskle uyumlu önceliklendirilmesini sağlar.
Uygulama Hususları
- Hesaplamalı yapısal biyoloji ve moleküler modelleme yazılımları konusunda uzmanlık gerektirir.
- Ab initio katlanma algoritmalarına erişime ve konformasyonel örnekleme için yeterli hesaplama kaynaklarına bağlıdır.
- Modelleme, immünoloji ve aşı tasarım grupları arasında ekipler arası standardizasyon gerektirir.
- Protokolün farklı viral loop sistemlerine veya protein hedeflerine uygulanmasında adaptasyon hususlarını içerir.
- Kuvvet alanı doğruluğu ve oldukça esnek bölgelerdeki örnekleme tamlığı gibi pratik kısıtlamaları kapsar.
Biyofarma SSS
Chapters in this video
0:00
Title
1:07
Introduction
4:19
R2 HIV-1 Strain V3 Loop ab initio Folding via the ICM-Pro Command Line
1:57
R2 HIV-1 Strain V3 Loop ab initio Folding via the ICM-Pro GUI
6:35
ab initio Folding Data Analysis
8:41
Representative Results for R2 HIV-1 Strain V3 Loop ab initio Folding
9:59
Conclusion
