단백질 표면 지형도 컴퓨터 지도

Computer Atlas of Surface Topography of Proteins
캐스트프
개발자웨이톈, 장첸, 지링자오
유형계산 소프트웨어
웹 사이트castp 홈페이지
현재2018년 6월 1일

1. CASTP 서버의 도입

CASTP([1]Computer Atlas of Surface Topography of Proteines)는 단백질의 지형적 특징에 대한 포괄적이고 상세한 정량적 특성을 제공하는 것을 목표로 하며, 현재 버전 3.0으로 업데이트되었다.2006년에 출시된 이래, CASTP 서버는 [2]연간 최대 45,000회의 방문과 33,000회의 계산 요구를 충족하고 있습니다.CASTP는 시그널링 수용체 조사, 암 치료제 발견, 약물 작용 메커니즘 이해, 면역 질환 연구, 단백질-나노 입자 상호작용 분석, 단백질 기능 추론 및 하이 스루 개발을 포함한 광범위한 연구를 위한 신뢰할 수 있는 도구로서 입증되었다.계산 도구를 넣습니다.이 서버는 시카고에 있는 일리노이 대학의 Jie Liang 연구소에서 관리하고 있습니다.

2. 기하학적 모델링의 원리

CASTP 계산 전략은 단백질 결합 부위에 알파 형태 및 이산 흐름 방법을 적용하고 1998년 [3][4]CAST 프로그램에 의한 포켓 크기 측정 및 2018년 Tian 등이 업데이트하였다.우선 CAST는 단백질 포켓을 형성하는 원자를 식별하고 부피와 면적을 계산하며, 포켓의 가장자리를 형성하는 원자를 식별하고, 각 포켓의 입 개구부 수를 계산하며, 입 개구부의 면적과 둘레를 예측하고, 최종적으로 공동을 찾아 크기를 계산합니다.2차 구조는 DSSP에 의해 계산되었다.단일 아미노산 주석을 UniProt [5]데이터베이스에서 가져온 다음 SFRES 데이터베이스의 [6]잔류 수준 정보에 따라 PDB 구조에 매핑했다.

3. 단백질 포켓 계산 방법

3.1 입력

PDB 형식의 단백질 구조와 프로브 반지름.

3.2 검색

사용자는 사전 계산된 결과를 4글자 PDB ID로 검색하거나 사용자 지정 계산을 위해 자신의 PDB 파일을 업로드할 수 있습니다.코어 알고리즘은 기본 직경 또는 조정 직경의 용제를 수용하는 기능이 있는 포켓 또는 캐비티를 찾는 데 도움이 됩니다.

3.3 출력

캐시는 모든 표면 포켓, 내부 충치, 내부 충치, 입자의 표면 및 볼륨, 입자의 표면 및 부피의 측정에 의해 형성되는 모든 원자의 세부 정보를 제공한다.큰.표면 모형(코널리 표면),[8] 모두 분석적으로 계산됩니다.코어 알고리즘은 직경 1.4Ω의 [9]용제를 수용하는 기능을 가진 포켓 또는 캐비티를 찾는 데 도움이 됩니다.이 온라인 툴은 분자 시각화를 위한 PyMOL 및 UCSF 키메라 플러그인도 지원합니다.

4. CASTP가 유용한 이유

4.1 아미노산부터 배열 및 구조까지 단백질 과학

단백질은 인체의 정상적인 기능을 유지하기 위해 중요한 역할을 하는 크고 복잡한 분자입니다.그것들은 구조와 기능뿐만 아니라 신체 조직과 장기 사이의 조절에도 필수적이다.단백질은 긴 사슬을 형성하면서 펩타이드 결합에 의해 서로 붙어있는 아미노산이라고 불리는 수백 개의 작은 단위로 구성되어 있습니다.

4.2 단백질 활성 부위

보통 단백질의 활성 부위는 작용의 중심과 그 기능의 열쇠에 위치한다.첫 번째 단계는 단백질 표면에서 활성 부위의 검출과 그 특징과 경계에 대한 정확한 설명입니다.이러한 규격은 후속 표적 약성 예측 또는 표적 비교를 위한 필수 입력이다.활성 부위 검출 알고리즘의 대부분은 기하학적 모델링 또는 에너지 피쳐 계산에 기반합니다.

4.3 단백질 포켓의 역할

단백질 표면의 모양과 특성은 리간드와 다른 고분자와 어떤 상호작용이 가능한지를 결정합니다.포켓은 이 표면의 중요하면서도 애매한 특징입니다.약물 발견 과정 동안, 납 화합물과 잠재적 분자를 약물로 선별하는 첫 번째 단계는 보통 결합 포켓의 형태를 선택하는 것이다.모양은 많은 컴퓨터 약리학적 방법에서 역할을 한다.기존 결과에 기초하여 약물 결합을 예측하는 데 중요한 대부분의 특성은 결합 포켓의 크기와 모양에 따라 결정되었으며, 2차적으로 중요한 화학적 특성이 있었다.표면 모양은 단백질과 물의 상호작용에도 중요하다.그러나 인근 포켓의 형태와 위치가 결합 현장의 난잡성과 다양성에 영향을 미치기 때문에 개별 포켓 또는 가능한 상호작용 사이트를 정의하는 것은 여전히 불분명하다.대부분의 포켓은 용매에 개방되어 있기 때문에 포켓의 테두리를 정의하는 것이 가장 큰 어려움입니다.용매에 닫힌 것을 매립형 캐비티라고 합니다.명확한 범위, 면적 및 부피의 이점을 이용하여 매립형 공동을 보다 쉽게 찾을 수 있습니다.한편, 오픈 포켓의 테두리는 입구를 규정해, 표면적과 부피를 결정하기 위한 컷오프를 제공한다.포켓을 잔류물 세트로 정의해도 포켓의 부피나 입구가 정의되지 않습니다.

4.4 약성의 역할 예측

제약업계에서 현재 목표 평가의 우선 전략은 HTS(High-Throughput Screening)입니다.대규모 복합 데이터 세트에 대해 NMR 선별이 적용됩니다.특정 표적에 대해 결합하는 화합물의 화학적 특성이 측정되므로 화합물 세트가 화학적 공간에 얼마나 잘 결합하느냐에 따라 결합 효율이 결정된다.표적 단백질의 활성 부위에 약물 유사 리간드를 가상으로 도킹하는 성공률은 우선순위 부여를 위해 검출될 것이며, 대부분의 활성 부위는 포켓에 위치할 것이다.

대량의 구조 데이터의 이점을 이용하여, 약성 예측을 위한 다양한 관점의 계산 방법이 예측 접근성을 가속화하기 위한 필수 수단으로 지난 30년 동안 도입되어 긍정적인 결과를 가져왔다.그 이후로 많은 후보자들이 이미 약물 발견 파이프라인에 통합되었다.

5. CASTP 3.0의 신기능

5.1 생물학적 조립품에 대한 사전 계산된 결과

단백질 데이터 뱅크에 축적된 많은 단백질의 경우, 비대칭 단위는 생물학적 단위와 다를 수 있으며, 이는 계산 결과를 생물학적으로 무관하게 만들 것이다.따라서 새로운 CASTP 3.0은 비대칭 유닛과 생물학적 어셈블리 사이의 장벽을 극복하고 생물학적 어셈블리의 위상 특성을 계산했습니다.

5.2 음의 토폴로지적 특징의 각인

2006년 CASTP 서버 1차 출시에서는 이들 표면 원자의 기하학적, 위상학적 특징만 단백질 포켓, 캐비티, 채널 형성에 참여했다.새로운 CASTP는 공간의 "음수 부피"를 추가했는데, 이는 이러한 기하학적, 위상학적 특징을 형성하는 원자에 의해 둘러싸인 공간을 가리킵니다.

5.3 단일 아미노산 다형에 대한 포괄적인 주석

도메인, 모티브 및 단일 아미노산 다형성의 간략한 특징, 위치, 설명 및 참조를 포함하여 배열과 일치하는 최신 CASTP 통합 단백질 주석.

5.4 향상된 사용자 인터페이스와 편리한 시각화

새로운 CASTP는 이제 구조 시각화를 위해 3Dmol.js를 통합했으며, 사용자가 3D 모델을 참조하고, 상호 작용하고, Chrome, Firefox, Safari 등을 포함한 최신 웹 브라우저에서 계산 결과를 검토할 수 있게 되었습니다.사용자는 각각의 지형적 특징을 형성하는 원자의 표현 스타일을 직접 선택하고 자신의 취향에 따라 색상을 편집할 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Tian, Wei; Chen, Chang; Lei, Xue; Zhao, Jieling; Liang, Jie (2018-06-01). "CASTp 3.0: computed atlas of surface topography of proteins". Nucleic Acids Research. 46 (W1): W363–W367. doi:10.1093/nar/gky473. ISSN 0305-1048. PMC 6031066. PMID 29860391.
  2. ^ Dundas, J.; Ouyang, Z.; Tseng, J.; Binkowski, A.; Turpaz, Y.; Liang, J. (2006-07-01). "CASTp: computed atlas of surface topography of proteins with structural and topographical mapping of functionally annotated residues". Nucleic Acids Research. 34 (Web Server): W116–W118. doi:10.1093/nar/gkl282. ISSN 0305-1048. PMC 1538779. PMID 16844972.
  3. ^ Edelsbrunner, Herbert; Facello, Michael; Liang, Jie (November 1998). "On the definition and the construction of pockets in macromolecules". Discrete Applied Mathematics. 88 (1–3): 83–102. doi:10.1016/s0166-218x(98)00067-5. ISSN 0166-218X. PMID 9390238.
  4. ^ Liang, Jie; Woodward, Clare; Edelsbrunner, Herbert (September 1998). "Anatomy of protein pockets and cavities: Measurement of binding site geometry and implications for ligand design". Protein Science. 7 (9): 1884–1897. doi:10.1002/pro.5560070905. ISSN 0961-8368. PMC 2144175. PMID 9761470.
  5. ^ UniProt Consortium, The (2018-02-07). "UniProt: the universal protein knowledgebase". Nucleic Acids Research. 46 (5): 2699. doi:10.1093/nar/gky092. ISSN 0305-1048. PMC 5861450. PMID 29425356.
  6. ^ Velankar, Sameer; Dana, José M.; Jacobsen, Julius; van Ginkel, Glen; Gane, Paul J.; Luo, Jie; Oldfield, Thomas J.; O'Donovan, Claire; Martin, Maria-Jesus (2012-11-29). "SIFTS: Structure Integration with Function, Taxonomy and Sequences resource". Nucleic Acids Research. 41 (D1): D483–D489. doi:10.1093/nar/gks1258. ISSN 0305-1048. PMC 3531078. PMID 23203869.
  7. ^ Lee, B.; Richards, F.M. (February 1971). "The interpretation of protein structures: Estimation of static accessibility". Journal of Molecular Biology. 55 (3): 379–IN4. doi:10.1016/0022-2836(71)90324-x. ISSN 0022-2836. PMID 5551392.
  8. ^ Connolly, M. (1983-08-19). "Solvent-accessible surfaces of proteins and nucleic acids". Science. 221 (4612): 709–713. Bibcode:1983Sci...221..709C. doi:10.1126/science.6879170. ISSN 0036-8075. PMID 6879170.
  9. ^ Characterizing Protein Structures by Surface Mapping - Elaine Ellen Thompson - Google Books. ISBN 9780549688488. Retrieved 2013-09-08.