Гомологичное моделирование комплекса
белка с лигандом

Цель занятия ознакомится с возможностями гомологичного моделирования комплекса белка с лигандом. В этом занятии мы будем пользоваться пакетом Modeller. Это программное обеспечение распространяется бесплатно для академических пользователей. Работаем с белком лизоцимом из указанного организма. Используя известную структуру лизоцима форели как образец, необходимо построить модель комплекса нашего белка с лигандом. Программе MODELLER для моделирования структуры белков, в качестве входных данных нужны: управляющий скрипт, файл pdb со структурой-образцом, файл выравнивания с дополнительной информацией.


1. Построим выравнивание последовательности из структуры ID: 1lmp и предложенного нам белка ( LYSC_CERTO ).
   Полученное выравнивание сохраняем в формате PIR.


2. Модификация файла выравнивания: Переименуем последовательность в файле выравнивания как в примере:
   
   

   Было	Стало
   >P1;uniprot|P37712|LYSC_CAMDR	>P1;seq
   >P1;1LMP__|PDBID|CHAIN|SEQUENCE	>P1;1lmp

   
   
   После имени последовательности моделируемого белка добавим строчку:

   sequence:ХХХХХ::::::: 0.00: 0.00
   

   Эта строчка описывает входные параметры последовательности для modeller.
   После имени последовательности белка-образца добавим:

   structureX:1lmp_now.ent:1 :A: 132 :A:undefined:undefined:-1.00:-1.00
   

   В конце каждой последовательности добавьте символы:

   /.
   

   Символ "/" означает конец цепи белка. Точка указывает на то, что имеется один лиганд (если бы было два лиганда стояли бы две точки).


3. Модификация файла со структурой: удалим всю воду из структуры (в текстовом редакторе) всем атомам лиганда присвоим один и тот же номер "остатка" (MODELLER считает, что один лиганд = один остаток) и модифицируем имена атомов каждого остатка, добавив в конец буквы A, B, C. Смысл операции в том, что атомы остатка 130 имели индекс А, атомы остатка 131 имели индекс В и т.д. . После модификации имен атомов изменим номера остатков на 130.
   Пример:
   
   

   Было	Стало
   HETATM 1014 O7 NAG 130	HETATM 1014 O7A NAG 130
   HETATM 1015 C1 NAG 131	HETATM 1015 C1B NAG 130

   
   
   Результат: 1lmp_now.ent


4. Создание управляющего скрипта my_seq.py (my_seq - имя Вашей последовательности, например, lysc_chram) Заготовка:

   from modeller.automodel import *
   class mymodel(automodel):
       def special_restraints(self, aln):
           rsr = self.restraints
           for ids in (('OD1:98:A', 'O6A:131:A'),
                       ('N:65:A', 'O7B:132:A'),
                       ('OD2:73:A', 'O1C:133:A')):
                       atoms = [self.atoms[i] for i in ids]
                       rsr.add(forms.upper_bound(group=physical.upper_distance,
                         feature=features.distance(*atoms), mean=3.5, stdev=0.1)) 
   env = environ()
   env.io.hetatm = True
   a = mymodel(env, alnfile='test1.ali', knowns=('1lmp'), sequence='seq')
   a.starting_model = 1
   a.ending_model = 5
   a.make()
   

   В скрипте указано:
   
   - что нужно использовать стандартные валентные углы в полипептидной цепи (строчка 4)
   - что дополнительно нужно сохранять взаимное расположение определенных пар атомов (3.5 ангстрема); В данном случае трех атомов белка, образующих водородные связи с тремя атомами лиганда - строчки 5-7 с ID пар атомов; параметры взаимного расположения атомов пары описаны в строчке 9-10. 3 точки могут однозначно расположить сложную структуру в пространстве, поэтому мы выбираем водородные связи как источник данных точек.
   - что ковалентные связи в гетероатомах нужно вычислять по расстояниям между атомами (так же, как это делает Rasmol), строчка 12
   - что имя файла с выравниванием и имена последовательностей образца и моделируемого белка, строчка 13 (а имя файла со структурой содержится в выравнивании)
   - что число и номера моделей, которые нужно построить (в данном примере 5 моделей), строки 14-15
   - что пора строить модель строчка 16
   В скрипте Вам необходимо отредактировать строчки, в которых указаны какие водородные связи белка с лигандом должны быть в будущей модели. Критерий водородной связи: расстояние менее 3.5 ангстрем между азотом или кислородом белка с подходящими атомами лиганда.
   Получаем скрипт.


5. Запустим скрипт командой:

   mod9v7 myscript & 
   

   Получаем следующие файлы:
   
   file1.pdb
   file2.pdb
   file3.pdb
   file4.pdb
   file5.pdb
   
   Попробуем наложить структуры друг на друга:
   
   
   Полученные модели весьма схожи и хорошо накладываются, однако в выделенных областях структуры различны.


6. Попробуем выбрать наилучшую модель из вышепредставленных. Инструменты для оценки качества структуры можно найти в веб интерфейсе WHATIF. Воспользуемся следующими: Ramachandran plot evaluation, Anomalous bond lengths, Coarse Packing Quality Control.
   
   

   	1	2	3	4	5
   Ramachandran Z-score	0.127	0.143	0.094	-0.725	-0.195
   RMS Z-score for bond angles	1.055	0.930	0.918	0.940	0.919
   Average for range	-1.605	-1.537	-1.527	-1.624	-1.549

   
   Проанализировав получившиеся структуры, можно сказать, что все модели построены относительно неплохо; тем не менее, 3-я модель чуть лучше остальных.

---

© Азнаурян 2008 marina-91@list.ru