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研究蛋白质相互作用的三维结构对理解分子水平上的生物功能至关重要。pyDock对接方法,使用范德华、静电和去溶剂化能来评估由各种取样方法产生的对接结构,典型的是FTDock或ZDOCK。该方法在评估实验(如CAPRI或CASP)中显示了稳定良好的预测性能,并通过预测许多生物医学感兴趣的分子相互作用,提供了生物学见解。接下来将描述如何使用pyDock进行多体蛋白质复合物的计算。一. pyDock计算实例以6v94(A2B1)为例图1 6v946v94由一条长链B链和两条同源序列A、C链组成,首先用pyDock进行AB链的对接,共生成了100个构象,并给出了不同构象的评分排序。其中排名第一,序号为5652的构象Ligand_RMSD=1.3869(绿色为原始结构,蓝色为预测结构)。图2 (a) 6v94的AB链对接打分结果图2 (b) 6v94的AB链对接结果图示以AB预测结构序号为5652的结果作为受体,和C链再次对接。生成的构象打分排序最高的三个序号为8、2、1,Ligand_RMSD分别为0.8049、1.2140、1.1576。图3(a) 6v94最终对接打分结果图3(b) 6v94最终对接结果图示以1ie7(A1B1C1)为例图4 1ie71ie7由两条短链A、B链和一条长链C链组成,在对接过程中分别对AC和BC链进行了对接,BC链对接产生的构象结果较好,排名前两位的Ligand_RMSD分别为2.4643、2.6077,选取排名第一、序号为1的构象与A链进行对接。图5 (a) 1ie7的BC链对接打分结果图5(b) 1ie7的BC链对接结果图示BC链与A链对接的结果只有Rank54、序号为1805的构象Ligand_RMSD=3.6311在可接受范围内,其余结构均偏差较大。图6 (a) 1ie7的BC链与A链对接打分结果图6 (b) 1ie7的BC链与A链对接结果图示AC链对接产生的构象与原始结构偏差较大,仅有Rank53、序号为2212的构象结果较好,与原始结构Ligand_RMSD=1.2832,选取此构象与B链进行对接。图7 (a) 1ie7的AC链对接打分结果图7 (b) 1ie7的AC链对接结果图示AC与B的对接结果中,在pyDock评分标准中排名前三的序号分别为5905、1175、5494的Ligand_RMSD分别为2.9256、5.2104、5.2464,均在可接受范围内。图8 (b) 1ie7的AC链与B链对接结果图示二. 使用pyDock进行多体蛋白质复合物预测的具体流程pyDock8既可以使用pyDockWEB在线提交作业,也可以下载到本地进行使用。1. 准备工作(1) 输入pyDock软件需要两个相互作用的蛋白质坐标,通常是PDB文件,但也可取AMBER坐标和拓扑文件。使用PDB文件时,氢是不需要的,若存在,删除后再次重建。所有HETATM坐标在对接计算中删除。pyDock方法可使用PARM、LeAP、SANDER或GIBBS程序从AMBER中创建的AMBER坐标文件(扩展名为.inpcrd .rest .rs7 .crd)和拓扑文件(扩展名为.prmtop .parm7 .top)。(2) pyDock从https://life.bsc.es/pid/pydock/下载pyDock 3.0包,解压并更改pyDock3/data目录权限:chmod go+rx datapyDock3目录可移动到所选择的任何位置。例如被移动到/usr/local/software/目录,可通过以下方式调用:/usr/local/software/pyDock3/pyDock3此外可在.bashrc文件中定义PYDOCK变量,如下所示:export PYDOCK=/usr/local/software/pyDock3/使用更方便的方式调用pyDock的可执行文件:$PYDOCK/pyDock3(3) FTDock先安装FFTW库,再从http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/docking/download.html中下载FTDock 2.0安装文件gnu_licensed_3D_Dock.tar.gz。并将其解压缩到名为3D_Dock(其中包括文件夹prog和所有需要的二进制文件)中。在新的progs目录中,打开Makefile文件并编辑以下行:1. FFTW_DIR line: define the full path of the fftw-2.1.5 directory (see Note 2).( e.g. FFTW_DIR= /<your-installation-directory>/fftw-2.1.5 )2. CC_FLAGS line: remove the -malign-double argument.3. CC_FLAGS line: define -mcpu=k8 # instead of the default -mcpu=pentiumpro(4) SCWRL如果输入PDB文件中的侧链不完整,可使用SCWRL(http://dunbrack.fccc.edu/)重建。(5) 其他外部程序运用ZDOCK (http://zdock.umassmed.edu/software/)来生成刚体对接结构。该程序和上面其他程序可按其指令手动运行,也可在pyDock中自动运行。对于一些对分析对接结果有用函数,可使用ICM-Browser (www.molsoft.com)。(6) 服务器pyDock方法也可以作为web服务访问https://life.bsc.es/pid/pydockweb。用户上传PDB格式的分子结构信息。完成在网页上收到结果及对接生成的所有文件。2. 具体方法运行pyDock:$PYDOCK/pyDock3 DOCKNAME modulename可执行文件pyDock3通常需要两个参数:i) DOCKNAME,是pyDock项目名称,也是对接中创建所有文件的基础;ii) 模块名称,调用特定模块。下面的运行过程描述了不同pyDock模块的详细信息。(1) 参数文件创建名为DOCKNAME.ini的文本文件,其中DOCKNAME是pyDock项目名称。该文件包含有关相互作用蛋白质的所有必要信息(PDB文件,链id…)。按照惯例,其中一个蛋白质(通常是最大的一个)是受体(静态位置),另一个是配体(移动位置)。(2) 建立受体和配体对接的坐标文件从DOCKNAME.ini参数文件中的受体和配体PDB文件生成正确解析的pyDock坐标文件。运行pyDock:$PYDOCK/pyDock3 Dock1 setup它分别为Dock1_rec.pdb和Dock1_lig.pdb的受体和配体创建新PDB文件作为pyDock输入。(3) 生成刚体对接结构pyDock可用于由多种方法生成的刚体对接方向进行评分,自动处理ZDOCK 2.1或FTDock 2.0对接程序的输出。这些程序可以独立运行。i) 在pyDock中运行FTDock先使用FTDock实用程序preprocess-pdb.perl创建受体和配体的FTDock预处理文件。但pyDock设置步骤合适的文件已有,于是复制pyDock受体和配体文件来创建解析文件:cp Dock1_rec.pdb Dock1_rec.parsedcp Dock1_lig.pdb Dock1_lig.parsed然后使用以下命令,使用pyDock运行FTDock:$PYDOCK/pyDock3 Dock1 ftdock生成文件Dock1.Ftdock,所有对接结构都储存这里,且通过修改FTDock参数获得更高精度。ii) 在pyDock中运行ZDOCK使用以下命令: $PYDOCK/pyDock3 Dock1 zdock生成文件Dock1.Zdock,所有对接结构都被存储。(4) 将刚体对接结构转换为pyDock格式i)将FTDock输出转换为pyDock格式将FTDock输出数据转换为旋转平移矩阵,旋转平移矩阵将原始配体坐标转换为FTDock生成的不同方向,并创建包含所有对接结构的变换矩阵的配体的文件。命令如下:$PYDOCK/pyDock3 Dock1 rotftdockii) 将ZDOCK输出转换为pyDock格式转换ZDOCK 到pyDock评分文件,包含每个对接解决方案的旋转和平移矩阵,并创建一个包含所有对接结构的转换矩阵的文件。即:$PYDOCK/pyDock3 Dock1 rotzdock通过将DOCKINGNAME.rot文件分开,可对不同对接程序获得的对接集进行独立评分,但也可合并到一个对接中,作进一步处理。(5) 用pyDock评分刚体对接结构最后运行dockser模块,使用pyDock能量函数对所有位置进行评分和排名,命令如下:$PYDOCK/pyDock3 T26 dockser > dockser.log &参考文献[1]Rosell M., Fernández-Recio J.Docking approaches for modeling multi-molecular assemblies.Current opinion in structural bilolgy.2020, 64:59–65.[2]Rosell M., Rodríguez-Lumbreras L.A., Fernández-Recio J. Modeling of Protein Complexes andMolecular Assemblies with pyDock. Protein Structure Prediction. Methods in Molecular Biology. 2020(2165).[3] Jimenez-Garcia B., Pons C. and Fernandez-Recio J. pyDockWEB: a web server for rigid-body protein-protein docking using electrostatics and desolvation scoring. Bioinformatics (2013) 29(13):1698-1699.
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