Компьютерный атлас топографии поверхности белков
 | Эту статью может потребовать очистки Википедии , чтобы она соответствовала стандартам качества . Конкретная проблема: Написано как презентация проекта, а не как энциклопедическая статья. ( июнь 2023 г. ) |
| Разработчик(и) | Вэй Тянь, Чан Чен и Цзелин Чжао |
|---|---|
| Тип | вычислительное программное обеспечение |
| Веб-сайт | Домашняя страница кастпа |
| По состоянию на | 01 июня 2018 г. |
Компьютерный атлас топографии поверхности белков (CASTp) [ 1 ] [ 2 ] Целью обеспечения всесторонней и подробной количественной характеристики топографических особенностей белка является обновление до версии 3.0. С момента своего выпуска в 2006 году сервер CASTp имеет ≈45 000 посещений и ежегодно выполняет ≈33 000 вычислительных запросов. [ 3 ] CASTp зарекомендовал себя как надежный инструмент для широкого спектра исследований, включая исследование сигнальных рецепторов, открытие методов лечения рака, понимание механизма действия лекарств, изучение заболеваний, связанных с иммунными нарушениями, анализ взаимодействий белок-наночастицы, выводы о функциях белков. и разработка высокопроизводительных вычислительных инструментов. Этот сервер поддерживается лабораторией Цзе Ляна в Университете Иллинойса в Чикаго . [ 4 ]
Принципы геометрического моделирования
[ редактировать ]Для стратегии расчета CASTp к сайту связывания белка применяются методы альфа-формы и дискретного потока, а также измерение размера кармана с помощью программы CAST Liang et al. в 1998 году, [ 5 ] [ 6 ] затем обновлено Tian et al. в 2018 году. Во-первых, CAST идентифицирует атомы, которые образуют белковый карман, затем вычисляет объем и площадь, идентифицирует атомы, образующие края рта кармана, вычисляет количество ротовых отверстий для каждого кармана, прогнозирует площадь и окружность ротовых отверстий и, наконец, находит полости и рассчитывает их размер. Вторичные структуры рассчитывались с помощью DSSP. Аннотации отдельных аминокислот были получены из базы данных UniProt, [ 7 ] затем сопоставляется со структурами PDB после информации об уровне остатков из базы данных SIFTS. [ 8 ]
Инструкции по расчету белкового кармана
[ редактировать ]Вход
Белковые структуры в формате PDB и радиус зонда.
Идет поиск
Пользователи могут выполнить поиск предварительно вычисленного результата по 4-буквенному идентификатору PDB или загрузить свой собственный файл PDB для индивидуальных вычислений. Основной алгоритм помогает найти карман или полость, в которых можно разместить растворитель, с диаметром по умолчанию или скорректированным.
Выход
CASTp идентифицирует все поверхностные карманы, внутренние полости и поперечные каналы, обеспечивает детальное определение всех атомов, участвующих в их формировании, включая площадь и объем карманов или пустот, а также измерение количества открываний рта конкретного идентификатора кармана по поверхности, доступной для растворителя. модель (поверхность Ричардса) [ 9 ] и по модели молекулярной поверхности ( поверхность Коннолли ), [ 10 ] все рассчитано аналитически. Основной алгоритм помогает найти карман или полость с возможностью размещения растворителя диаметром 1,4 Å. [ 11 ] Этот онлайн-инструмент также поддерживает плагин PyMOL и UCSF Chimera для молекулярной визуализации.
Почему CASTp полезен?
[ редактировать ]Наука о белках: от аминокислот до последовательностей и структур
Белки — это большие сложные молекулы, которые играют важную роль в поддержании нормального функционирования человеческого организма. Они важны не только для структуры и функций, но и для регуляции тканей и органов организма. Белки состоят из сотен более мелких единиц, называемых аминокислотами, которые соединены друг с другом пептидными связями, образуя длинную цепь.
Активные центры белка
Обычно активный центр белка находится в центре его действия и является ключом к его функции. Первым шагом является обнаружение активных центров на поверхности белка и точное описание их особенностей и границ. Эти спецификации являются жизненно важными исходными данными для последующего прогнозирования целевой лекарственной способности или целевого сравнения. Большинство алгоритмов обнаружения активных объектов основаны на геометрическом моделировании или расчете энергетических характеристик.
Роль белковых карманов
Форма и свойства поверхности белка определяют, какие взаимодействия возможны с лигандами и другими макромолекулами. Карманы – важная, но неоднозначная особенность этой поверхности. В процессе открытия лекарств первым шагом в поиске соединений-лидеров и потенциальных молекул в качестве лекарств обычно является выбор формы связывающего кармана. Форма играет роль во многих вычислительных фармакологических методах. Основываясь на существующих результатах, большинство особенностей, важных для прогнозирования связывания лекарств, зависели от размера и формы кармана связывания, при этом химические свойства имели второстепенное значение. Форма поверхности также важна для взаимодействия белка и воды. Однако определение отдельных карманов или возможных сайтов взаимодействия все еще остается неясным, поскольку форма и расположение близлежащих карманов влияют на беспорядочность и разнообразие сайтов связывания. Поскольку большинство карманов открыты для растворителя, определение границ кармана является основной трудностью. Закрытые для растворителя полости мы называем скрытыми полостями. Благодаря четкому определению протяженности, площади и объема погребенные полости легче обнаружить. Напротив, граница открытого кармана определяет его устье и обеспечивает границу для определения площади и объема поверхности. Даже определение кармана как набора остатков не определяет объем или отверстие кармана.
Прогнозирование роли наркозависимости
В фармацевтической промышленности в настоящее время приоритетной стратегией целевой оценки является высокопроизводительный скрининг (HTS). ЯМР-скрининг применяется к большим наборам данных о соединениях. Измеряются химические характеристики соединений, связывающихся с конкретными мишенями, поэтому эффективность связывания будет зависеть от того, насколько хорошо наборы соединений связываются с химическим пространством. Для определения приоритетности будут определяться показатели успешности виртуального стыковки лекарствоподобных лигандов с активными сайтами целевых белков, при этом большинство активных сайтов расположены в карманах.
Благодаря преимуществам большого объема структурных данных за последние 30 лет с положительными результатами были внедрены вычислительные методы с различных точек зрения для прогнозирования доступности лекарств, которые стали жизненно важным инструментом для ускорения доступности прогнозов. С тех пор многие кандидаты уже были включены в процесс разработки лекарств.
Новые возможности CASTp 3.0
[ редактировать ]Предварительно рассчитанные результаты для биологических сборок
Для многих белков, хранящихся в банке данных белков, асимметричная единица может отличаться от биологической единицы, что делает результат вычислений биологически нерелевантным. Таким образом, новый CASTp 3.0 вычисляет топологические характеристики биологических сборок и преодолевает барьеры между асимметричными единицами и биологическими сборками.
Отпечатки отрицательных объемов топологических признаков
В первой версии сервера CASTp в 2006 году только геометрические и топологические особенности этих поверхностных атомов участвовали в формировании белковых карманов, полостей и каналов. В новом CASTp добавлен «отрицательный объем» пространства, относящийся к пространству, окруженному атомами, образующими эти геометрические и топологические особенности.
Подробная аннотация по полиморфизму одной аминокислоты
Новейшие аннотации интегрированных белков CASTp, соответствующие последовательности, включая краткие характеристики, положения, описание и ссылки на домены, мотивы и полиморфизмы отдельных аминокислот.
Улучшенный пользовательский интерфейс и удобная визуализация
Новый CASTp теперь включает 3Dmol.js для структурной визуализации, что дает пользователям возможность просматривать, взаимодействовать с 3D-моделью белка и изучать результаты вычислений в новейших веб-браузерах, включая Chrome, Firefox, Safari и др. Пользователи могут выбирать свой собственный стиль представления атомов, образующих каждый топографический объект, и редактировать цвета по своему усмотрению.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «CASTp — Компьютерный атлас топографии поверхности белков» . sts.bioe.uic.edu . Проверено 5 июля 2023 г.
- ^ Тянь, Вэй; Чен, Чанг; Лей, Сюэ; Чжао, Цзелин; Лян, Цзе (01.06.2018). «CASTp 3.0: компьютерный атлас топографии поверхности белков» . Исследования нуклеиновых кислот . 46 (П1): W363–W367. дои : 10.1093/nar/gky473 . ISSN 0305-1048 . ПМК 6031066 . ПМИД 29860391 .
- ^ Дандас, Дж.; Оуян, З.; Ценг, Дж.; Бинковский, А.; Турпас, Ю.; Лян, Дж. (01 июля 2006 г.). «CASTp: компьютерный атлас топографии поверхности белков со структурным и топографическим картированием функционально аннотированных остатков» . Исследования нуклеиновых кислот . 34 (Веб-сервер): W116–W118. дои : 10.1093/nar/gkl282 . ISSN 0305-1048 . ПМЦ 1538779 . ПМИД 16844972 .
- ^ «Лаборатория молекулярной и системной биоинженерии (MoSCoBL)» .
- ^ Эдельсбруннер, Герберт; Фаселло, Майкл; Лян, Цзе (ноябрь 1998 г.). «Об определении и построении карманов в макромолекулах» . Дискретная прикладная математика . 88 (1–3): 83–102. дои : 10.1016/s0166-218x(98)00067-5 . ISSN 0166-218X . ПМИД 9390238 .
- ^ Лян, Цзе; Вудворд, Клэр; Эдельсбруннер, Герберт (сентябрь 1998 г.). «Анатомия белковых карманов и полостей: измерение геометрии сайта связывания и значение для дизайна лигандов» . Белковая наука . 7 (9): 1884–1897. дои : 10.1002/pro.5560070905 . ISSN 0961-8368 . ПМК 2144175 . ПМИД 9761470 .
- ^ Консорциум UniProt, The (07.02.2018). «UniProt: универсальная база знаний о белках» . Исследования нуклеиновых кислот . 46 (5): 2699. doi : 10.1093/nar/gky092 . ISSN 0305-1048 . ПМК 5861450 . ПМИД 29425356 .
- ^ Веланкар, Самир; Дана, Хосе М.; Якобсен, Юлиус; ван Гинкель, Глен; Гейн, Пол Дж.; Ло, Цзе; Олдфилд, Томас Дж.; О'Донован, Клэр; Мартин, Мария-Иисус (29 ноября 2012 г.). «SIFTS: интеграция структуры с ресурсом функций, таксономии и последовательностей» . Исследования нуклеиновых кислот . 41 (Д1): Д483–Д489. дои : 10.1093/nar/gks1258 . ISSN 0305-1048 . ПМК 3531078 . ПМИД 23203869 .
- ^ Ли, Б.; Ричардс, FM (февраль 1971 г.). «Интерпретация белковых структур: оценка статической доступности». Журнал молекулярной биологии . 55 (3): 379–IN4. дои : 10.1016/0022-2836(71)90324-х . ISSN 0022-2836 . ПМИД 5551392 .
- ^ Коннолли, М. (19 августа 1983 г.). «Доступные к растворителям поверхности белков и нуклеиновых кислот». Наука . 221 (4612): 709–713. Бибкод : 1983Sci...221..709C . дои : 10.1126/science.6879170 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 6879170 .
- ^ Характеристика белковых структур с помощью картирования поверхности — Элейн Эллен Томпсон — Google Книги . ISBN 9780549688488 . Проверено 8 сентября 2013 г.