# Launch PyMOL with the "-R" option (pymol -R), 
# open a Python 3 notebook, then execute 
# remote control of PyMOL (RPC) with XML-RPC:
# https://pymolwiki.org/index.php/Jupyter
# https://pymolwiki.org/index.php/RPC

import xmlrpc.client as xmlrpclib
cmd = xmlrpclib.ServerProxy('http://localhost:9123')

from IPython import display

Задание 1. PoseView

# PDB: 5RE6

cmd.fetch('5re6')
cmd.hide('everything')
cmd.bg_color('white')
#cmd.remove('solvent')
cmd.show('cartoon', 'all')
cmd.color('white', '(chain B)')
cmd.color('gray80', '(elem C)')
cmd.select('ligand', 'chain A and resn O0S') # The ligand's name is O0S
cmd.orient('ligand')
cmd.select('site', 'byres all within 5 of ligand')
cmd.show('sticks', 'site')
cmd.set_bond('stick_radius', '0.25', 'site') 
cmd.do('''
show surface, all
set surface_color, white
set cartoon_side_chain_helper, 1
set cartoon_transparency, 0.3
set ray_trace_mode, 1
''')

На рисунке 1 представлена структура протеазы Sars-Cov-2 с лигандом из первого практикума. Фрагмент (O0S) и окружающие его остатки выделены sticks, чтобы было понятно, где он располагается и с чем потенциально взаимодействует. Подписаны названия и id остатков белка, расположенных на расстоянии 5 Å и меньше.

Poseview с сайта Proteins.Plus не смог построить 2D диаграмму, т. к. не нашел ни одного взаимдоействия. Возможно, это связано с тем, что Poseview ищет только наиболее явные контакты (электростатические взаимодействия, водородные связи) с идеальной геометрией. В 5RE6 таких взаимодействий между лигандом и белком нет. Глазами в PyMol я также не нашла электростатических взаимодействий и водородных связей между лигадном и аминокислотами белка (ни с боковыми цепями, ни с остовом). Однако лиганд хорошо укладывается на поверхности белка (рисунки 3, 4). В связи со всем вышеперечисленным, мне кажетсе, что единственные контакты между белком и лигандом образованы гидрофобными взаимодействиями. Также могу сказать, что в данной ситуации Poseview вероятно обоснованно не построил 2D диаграмму, т. к. выделить какие-то отдельные важные аминокислоты не удаетя.

display.Image('/home/eva/pymol/5re6_pymol.png')

Рисунок 1. Визуализация 5RE6 в PyMol из первого практикума.

display.Image('/home/eva/pymol/5re6_lig_1.png')

Рисунок 2. Визуализация 5RE6 в PyMol. Белок показан surface, лиганд - sticks.

display.Image('/home/eva/pymol/5re6_lig_2.png')

Рисунок 3. Визуализация 5RE6 в PyMol. Белок показан surface, лиганд - sticks.

Задание 2. PyMol mutagenesis

# AB1 code: 0016
# AB1 chain: E
# AB1 position: 3
# AB2 code: 0067
# AB2 chain: P
# AB2 position: 486 

cmd.color('gray80', '0016 and elem C')
cmd.color('gray80', '0067 and elem C')
cmd.do('''
bg_color white
select pos1, chain E and resi 3 and object 0016
select pos2, chain P and resi 486 and object 0067
set label_size, 15
set label_position, [0.0, 0.0, 15]
set cartoon_transparency, 0.6
''')

Были даны два комплекса антитело-антиген, в антигенах которых один аминокислотных остаток был заменен на глицин. Нужно было предположить, какой остаток был в структурах исходно.

Сначала с попмощью Mutagenesis в PyMol перебирались все аминокислоты и ротамеры для данных позиций обеих комплексов. Вскоре было замечено, что остатки с длинными боковыми цепями (лизин, аргинин, триптофан) не вписываются на места глицина из-за стерический затруднений (большие боковые группы образовывали клэши с окружением мутируемого остатка). Так были выбраны несколько остатков (таблица 1 и 2), которые вписываются без клэшей в позиции мутируемого остатка. Далее для этих остатков осуществлялся поиск возможных взаимодействий, которые бы подтвердили или опровергли их благоприятное положение в данных позициях структур. В таблицах 1 и 2 приведены наиболее вероятные аминокислотные замены в антигенах 0016 и 0067. Мне кажется, что исходным аминокислотным остатком в 0016 был THR, а в 0067 - SER. Они образуют наибольшее коичество водородных связей, не оставляя валентных взаимодействий, что является более правильным с физико-химическом точки зрения. Помимо этого геометрия водородных связей для них практически оптимальна. Остальные кандидаты из таблиц уступали выбранным остаткам либо по количеству водородных связей, либо по их геометрии, либо по комфортности расположения (минимальное уоличество незначительных клешей среди ротамеров или из отсутствие).

Таблица 1. Наиболее вероятные замены в позиции 3 антигена 0016.

Замена	Обосновние	Подтверждение
GLN	Образуются две водородные связи (с остовом TYR-95 и ASP-97). Многие ротамеры образуют клэши	Рисунок 1
THR	Образуются четыре водородные связм (одна с ASP-96, одна с GLU-4, одна с HOH-252 и одна с HOH-25). Есть клэши, но их мало и они слабые	Рисунок 2

Таблица 1. Наиболее вероятные замены в позиции 486 антигена 0067.

Замена	Обосновние	Подтверждение
ASN	Образуется водородная связь с остовом GLY-488. Многие ротамеры образуют клэши	Рисунок 3
GLN	Образуются две водородные связи (одна с HOH-2004, вторая с SER-35 цепи B) или одна с остовом GLY-488. Многие ротамеры образуют клэши	Рисунки 4, 5
SER	Образуются три водородные связм (две с GLY-488, одна с ALA-487). Ни один ротамер не образует клэш	Рисунок 6
THR	Образуются две водородные связи (одна с GLY-488, вторая с ALA-487). Один ротамер образует клэши	Рисунок 7

display.Image('/home/eva/pymol/AB16_gln.png')

Рисунок 1. Мутация GLN-3 антигена 0016 образует две водородные связи: GLN-3 является донором водородной связи с TYR-95 и акцептором - c ASP-97.

display.Image('/home/eva/pymol/AB16_thr.png')

Рисунок 2. Мутация THR-3 антигена 0016 образует четыре водородные связи: THR-3 является донором водородной связи с ASP-96 и акцептором - c GLU-4, HOH-25 и HOH-252.

display.Image('/home/eva/pymol/AB67_asn.png')

Рисунок 3. Мутация ASN-486 антигена 0067 образует одну водородную связь: ASN-486 является донором водородной связи с GLY-488.

display.Image('/home/eva/pymol/AB67_gln_1.png')

Рисунок 4. Мутация GLN-486 антигена 0067 образует две водородные связи: GLN-486 является донором водородной связи с HOH-2004 иакцептором - SER-35.

display.Image('/home/eva/pymol/AB67_gln_2.png')

Рисунок 5. Мутация GLN-486 антигена 0067 образует одну водородную связс: GLN-486 является донором водородной связи с GLY-488.

display.Image('/home/eva/pymol/AB67_ser.png')

Рисунок 6. Мутация SER-486 антигена 0067 образует одну водородную связс: SER-486 является донором водородной связи с GLY-488 и акцептором - с остовом GLY-488 и ALA-487.

display.Image('/home/eva/pymol/AB67_thr.png')

Рисунок 7. Мутация THR-486 антигена 0067 образует одну водородную связс: THR-486 является донором водородной связи с GLY-488 и акцептором - с остовом ALA-487.