Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова Факультет Биоинженерии и Биоинформатики Учебный сайт Сеферяна Мелика

Полезные ссылки

Гомологичное моделирование комплекса белка с лигандом.

Цель работы - ознакомиться с возможностями гомологичного моделирования комплекса белка с лигандом и пакетом Modeller.
Работать будем с человеческим лизоцимом (LYSC_HUMAN). Используя известную структуру лизоцима форели (запись PDB 1LMP) как образец, построим модель комплекса человеческого лизоцима с лигандом.

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.
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 (*).
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.
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".
Запустим исполнение скрипта:
```
mod9v7 lysc_human.py &
```
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.
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.

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 примерно одинаковы.

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.

Все модели очень похожи друг на друга и могут использоваться для дальнейшего анализа белка LYSC_HUMAN, все же лучшей будем считать модель №5.