Гомологичное моделирование комплекса белка с лигандом

1. Построим выравнивание последовательностей белка 1lmp и LYSC_HUMAN с помощью программы ClustalW. Последовательность белка LYSC_HUMAN была сохранена в файле lysc_human.fasta. Полученное выравнивание было сохранено в файле lysc_aligned.pir.
   
   
2. Модифицируем файл выравнивания. Во-первых, переименуем последовательности на ">P1;1lmp" и ">P1;seq". Во-вторых, 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 строчку:

   structureX:1lmp_now.ent:1 :A: 130 :A:undefined:undefined:-1.00:-1.00

   Эта строчка описывает, какой файл содержит структуру белка с этой последовательностью (1lmp_now.ent), номера первой и последней аминокислот в структуре, идентификатор цепи и т.д. В конце каждой последовательности добавим символы:

   /.

   Этот символ означает конец цепи белка. Точка указывает на то, что имеется один лиганд. При этом оставляем строчку со звездочкой (*).
   
   
3. Модифицируем файл со структурой. Удалим всю воду из структуры, всем атомам лиганда присвоим один и тот же номер "остатка" (130), одно и то же имя остатка (NAG), модифицируем имена атомов каждого остатка, добавив в конец буквы A, B и C (чтобы у каждого атома было разное имя). То есть в результате этого атомы остатка 130 имеют индекс A, атомы остатка 131 - B, остатка 132 - C. Сохраним изменения в файле 1lmp_now.ent.
   
   
4. Создадим управляющий скрипт lysc_human.py. В нем 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, строчка 12;
   • имя файла с выравниванием и имена последовательностей образца и моделируемого белка, строчка 13 (а имя файла со структурой содержится в выравнивании);
   • число и номера моделей, которые нужно построить (в данном примере 5 моделей), строки 14-15;
   • что пора строить модель строчка 16.
   Критерием водородной связи считаем расстояние менее 3.5 ангстрем между атомами азота или кислорода. В моделируемом белке число остатков не совпадает с числом остатков в белке-образце, поэтому изменяем номера "остатков".
   
   
5. Запустим исполнение скрипта:

   mod9v7 lysc_human.py &

6. В результате были получены структуры 5 моделей. Они были сохранены в фавйлах model1.pdb, model2.pdb, model3.pdb, model4.pdb и model5.pdb. Изображение со структурами моделей, наложенными друг на друга, представлено ниже:
   
   Как видно, структуры моделей практически не отличаются друг от друга (малейшие отличия наблюдаются лишь в петлях). N-конец всех моделей представляет собой длинный хвост. Возник он потому, что в структуре белка-образца не было соответствующих аминокислотных остатков. Следовательно, при моделировании по гомологии данный участок белка никак не структурировался (ведь в гомологе его не было). Более того, на самом деле в человеческом белке этот N-концевой участок впоследствии отщепляется (при созревании белка), поэтому особой значимости он не несет.
   
   
7. Проверим качество моделей. Для этого будем использовать сервис WHATIF
   Оценим качество карты Рамачандрана (Ramachandran plot evaluation). Для 1 модели z-score равен 0.264, для 2 - 0.439, для 3 - 0.222, для 4 - 0.021, для 5 - 0.265. По этому показателю лучшая модель - модель №4. Впрочем, все модели показали хороший результат.
   Оценим длины связей моделей (anomalous bond lengths). Для 1 модели z-score равен 0.951, для 2 - 0.948, для 3 - 0.955, для 4 - 0.948, для 5 - 0.947. По этому показателю лучшая модель - модель №5. Впрочем, z-score для всех моделей достаточно похожи.
   Оценим валентные угла моделей (anomalous bond angles). Для 1 модели z-score равен 1.318 (29 углов с z-score больше 4), для 2 - 1.274 (26 углов с z-score больше 4), для 3 - 1.275 (26 углов с z-score больше 4), для 4 - 1.291 (29 углов с z-score больше 4), для 5 - 1.209 (18 углов с z-score больше 4). По этому показателю лучшая модель - модель №5.
   Таким образом, из трех этих показателей в двух лучший результат показала модель №5. Однако, все модели очень похожи друг на друга и могут использоваться для дальнейшего анализа белка LYSC_HUMAN.