На главную страницу четвертого семестра

База данных VIPERdb

Авторы: Craig Shepherd, Ian Borelli, Vijay Reddy, Gabe Lander, Padmaja Natarajan, Jack Johnson, Charles L. Brooks III

Ранее принимавшие участие в проекте: Ryan Morton, Komath Damodaran, Kevin Li, Brian Okerberg

Организация: The Scripps Research Institute (California, USA)

База данных VIPERdb составлялась вышеуказаными экспертами.

Содержание базы данных

База данных VIPERdb содержит информацию о строении белковой оболочки вирусов, соответствующей двадцатигранной решетке. Она напрямую связана с базами данных RCSB PDB, ICTVdB, SWISS-PROT. На данный момент в VIPERdb содержится 236 документов. С учетом узкой специализации базы данных, а также того, что в ней размещается только достоверная (относительно) информация, она является полной. Под достоверностью информации подразумевается наличие экспериментальных данных (рентгеноструктурный анализ или криоскопическая электронная микроскопия), существование документа в SWISS-PROT. Стандартно документ базы данных выглядит следующим образом:

Раздел "Биологическая информация"

Идентификатор PDB со ссылкой на The Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (RCSB) PDB
Разрешение
Ссылка на SWISS-PROT
Семейство со ссылкой на The Universal Virus Database, ICTVdB
Род
T-значение (минимальное количество минимальных различных субъединиц, содержащихся в капсиде)
Число субъединиц
Заряд на поверхности капсида
Диаметр в ангстремах (минимальный, средний, максимальный)
Ссылки в рамках базы данных: информация о кристаллографических исследованиях, подробное описание опыта, ссылки на первоисточник и статьи, упоминающие данный вирус (включены ссылки на PubMed)

Данные о структурах и семействах вирусов в VIPERdb можно посмотреть здесь .

Раздел "Скачать"

PDB документация
Как перевести PDB в изображение, соответствующее VIPER: матрица поворота, вектор смещения
Координаты капсида в соответствии с VIPER, доступные для скачивания
Возможность вручную построить олигомер капсида
Возможность загрузить весь или половину капсида
Инструмент для работы с конкретными атомами капсида. По названию атома возвращает изображение субъединицы с помеченным атомом (если он есть)
Ссылки на капсиды того же семейства или рода

Разнообразная визуализация

Восстановление поверхности вирусной частицы

Это попытка воссоздать капсид, основываясь на координатах атомов, с помощью TextMol . Оттенками от желтого к зеленому передается расстояние до центра капсида: чем дальше, тем более желтый цвет, и наоборот. Этот метод восстановления дает результат по виду похожий на итог реконструкции с помощью метода криоэлекторонной микроскопии с разрешением в 10 ангстрем. По топологии поверхности легко можно увидеть крупные особенности рельефа, такие как "каньоны" и "пики", а также характерные морфологические единицы.

Изображение содержимого минимальной асимметрической ячейки в "ленточном" виде

Показаны все минимальные элементы капсида (по отдельности, если больше одного). Цвет структуры изменяется от голубого (N-конец) к красному (C-конец). Показаны альфа-спирали и бета-листы там, где достоверно известно об их существовании.

Схематическое описание капсида с точки зрения двадцатигранной решетки

Все капсиды базы данных имеют икосаэдральную симметрию. Некоторые частицы имеют форму икосаэдра, остальные же - усеченного икосаэдра, ромбического тридцатигранника, додекаэдра и т.д.
Рисунок показывает форму субъединиц с точки зрения наложенной на них икосаэдральной структуры. Все субъединицы пронумерованы. Тот факт, что вирус обладает выбранным типом симметрии, иногда может подтверждаться соответствием торсионных углов между субъединицами (в пределах экспериментальной ошибки) с торсионными углами, необходимыми для формирования нужной геометрической структуры.

Субъединичная организация

Рисунок отражает подробности ассоциаций субъединиц. Разные типы субъединиц показаны разным цветом.

Алгоритмы и методы

Таблицы контактов

Таблицы контактов содержат в себе информацию о таких парах аминокислотных остатков, которые, по предсказанию, находятся в контакте на поверхности различных субъединиц четвертичного строения. Пара аминокислотных остатков считается контактирующей, если расстояние между центром масс атомов боковой цепи соответствует кратчайшему расстоянию, полученное по всем доступным PDB файлам. Найденные по такому признаку аминокислотные остатки аннотируются с учетом их природы (гидрофобность, заряд).
Ассоциации внутри субъединиц, энергия сольватации и вклады, связанные с остатками

Энергии субъединичных ассоциаций были вычислены на основе информации о внутренних площадях поверхности, а также сольватационных параметрах. Внутренние площади поверхности были вычислены с помощью программ CHARMM с радиусом, используемым для анализа, в 1.4 ангстрема. Значения для энергий ассоциации, сольватации и внутренних площадей поверхности перечислены в виде функций от номера аминокислотного остатка. Данные представлены со ссылками на графы, показывающими вклад каждого отдельного аминокислотного остатка в предполагаемые свойства.
Идентификация промежуточных структур и путей сборки зрелого капсида, основанная на структурной информации

Энергии ассоциаций внутри субъединиц использовались как начальные условия для определения потенциальных промежуточных структур в процессе сборки. Производилась выборка практически всех возможных конфигураций четвертичной структуры капсида для данного числа ассоциирующих субъединиц. Конфигурации сортировались по своим энергиям, и лучшие из них считались наиболее вероятными промежуточными состояниями. Лучшие конфигурации искались на каждом шаге сборки полноценного капсида, начиная с двусубъединичного состояния. Переход от одного вероятного состояния к другому считается вероятным путем сборки зрелого капсида.
Кристаллические контакты между частицами в единичной ячейке

Контакты между вирусными частицами в процессе их упаковки в единичную ячейку кристалла были вычислены путем генерации ближайших частиц, связанных кристаллической симметрией. Эти регионы контактов между частицами считаются антиген-детерминантами и сайтами связывания рецепторов.

Пользовательские свойства стартовой страницы

Стартовая страница интуитивно понятна самому непритязательному пользователю. Визуальные качества привлекают внимание и производят приятное впечатление. Логическое построение страницы позволяет начинать работу без изучения дополнительной литературы.

Поисковый инструмент

База данных обладает собственным поисковым инструментом. Представлены следующие типы поиска:

Быстрый поиск, позволяющий искать по трем следующим полям: имя, PDB идентификатор и T-значению вирусного капсида.
Полный поиск, позволяющий проверить все разделы базы данных на наличие некоторого слова. Также этот раздел позволяет отослать запрос в Google.
Расширенный поиск, позволяющий составлять комбинированный запрос по следующим полям: имя, семейство, род, разрешение, способ определения структуры (тип записи), Т-значение, группа симметрии (кристаллографическая группа), тип кристаллографической ячейки.

Тестовый запрос

Поиск в VIPERdb осуществляет формальную проверку некоторого поля на наличие заданного слова. Инструмент не позволяет производить "сложный" поиск, например, по синониму названия вируса.

Тестовый запрос:

Результаты:

Впечатления и замечания

База данных нацелена на подробную визуализацию имеющихся данных. Общие сведения о белках вирусов с икосаэдральной симметрией можно получить и из других баз данных (SWISS-PROT и RCSB PDB), но VIPERdB обладает мощными инструментами визуализации. Он предполагает всестороннее изучение морфологии и свойств оболочки капсида. По этой причине база данных для свободного обращения требует дополнительные plug-in-ы, а также быстрого Интернета (визуализация довольно долго грузится).
База данных хорошо структурирована и оснащена подсказками, в то же время документация и описание алгоритмов требует доработки с точки зрения неопытного пользователя.