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ホモロジーモデリング。三次元構造の予測 トピック削除
No.4502-TOPIC - 2015/10/16 (金) 19:23:35 - 苦労人
この度、初めて、ホモロジーモデリングというのをしてみたいと思っております。
具体的に言いますと、
とある反応を触媒するシトクロムP450タンパク質を新たに発見しました。
そのタンパク質が、
@リガンドとどのように結合するのか
A似たような反応を触媒するタンパク質と三次元構造は似ているのか
B鉄はどこの部分で配位しているのか
C重要なタンパク質はどの部分か
等を調べたいです。

簡単にですが、自分で調べたところ、かなり色々なツールが出てきて、どれが最も最適なのか、初心者に使いやすいのかが良く分かりません。

・おすすめを教えていただけますでしょうか。
・Aのように他のと比較する場合、他のものは三次元構造が分かっていないとやはり比較できないでしょうか。

ご教授のほど宜しくお願いします。
 
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(無題) 削除/引用
No.4502-21 - 2015/11/10 (火) 15:09:22 - サンショウウオ
たていす様

まず、Windowsにインストールするのは困難です。Ubuntu推奨です。Macもできるようです。

うちではLinux(Ubuntu)にインストールして使っています。大体のソフトの計算量が多いため、マシンのCPUが3.5GHz 4コア程度はないと、計算時間が長くなります。(Ubuntuをインストールしたパソコン複数台まとめて分散処理・高速化ということもできますが、設定がかなり大変かも。)

 あと、配布されているパッケージには、並列実行用の実行ファイルがないので、並列実行したい場合は内部のプログラムを自前でインストールしなおす必要があります。


 ウェブサービスとして提供もされていますが(下記2つ)、待ち時間が1週間とかかかるので、パソコンに余裕があれば、自前で構築することをおすすめします。

rosie.rosettacommons.org/  (三次構造予測とかSuperchargeとかRNA三次構造予測とか)
www.robetta.org/ (三次構造予測など)

(無題) 削除/引用
No.4502-20 - 2015/11/09 (月) 21:30:05 - たていす
サンショウウオさま、rossettaを見てみました。
とんでもなく大きなソフトウェアですね。どのようなPCで実行できるのでしょうか?とりあえず6.5GBのsource+binaryをDLしてみます。ウェブサービスで実行できるわけではないのですよね?

(無題) 削除/引用
No.4502-19 - 2015/11/09 (月) 13:53:29 - サンショウウオ
rosettacommons.org ここですね。Rosetta。タンパクの3次元構造予測などやります。

(無題) 削除/引用
No.4502-18 - 2015/10/26 (月) 17:47:46 - 苦労人
WInter-8様、たていす様、サンショウウオ様

ありがとうございます。

やはり、ホモロジーモデリングでは信頼性がかなり低そうですね。
低い相同性で簡単に構造が予測できれば、苦労して単結晶にする価値もなくなってしまいますね。

Dockingさせたいタンパク質とリガンドは決まっているのですが(タンパク質に結合しやすい物質を探すのが目的ではないということです)、AutoDockのようなDockingシュミレーションでも信頼性はやはり低いでしょうか?

テンプレートは使わずに、単に1種のタンパク質と1種のリガンドの結合構造を予測するだけなのですが。。

>サンショウウオ様
デスクトップパソコンにRosettaインストールしてabinitio foldingで構造予測とかかな。。。

これは何かソフトのようなものですか?

(無題) 削除/引用
No.4502-17 - 2015/10/23 (金) 21:04:04 - サンショウウオ
と、なると、デスクトップパソコンにRosettaインストールしてabinitio foldingで構造予測とかかな。。。あれは何百残基程度まで正確に予測出来てただろうか。。。

(無題) 削除/引用
No.4502-16 - 2015/10/23 (金) 18:12:51 - たていす
winter8さんの言うとおりでしょうね。
推定構造を元にしてdockingを推定するのは無茶かもね。
研究の取っ掛かりに漫画が必要な場合もあるだろうから、無意味ではないかもしれない。
ところで、winter8さんの仕事場は井戸八なのかしら。

(無題) 削除/引用
No.4502-15 - 2015/10/23 (金) 17:55:07 - WInter-8
CYPはリガンドの種類が多いので、ホモロジーモデリングで正確なドッキングモデルを出すのは難しいですよ。それと、アポ型の構造をモデリングして、さらにその構造をベースにしてドッキングモデルを作るので、予測に予測を重ねた構造になって信頼性が下がります。

信頼性の高いものを求めるならば、専門家を頼ったほうが良いと思います。構造予測を専門としているラボがありますし、かなり正確なモデルを出すシミュレーションソフトも製薬会社等で使われています。


20%程度のidentityでも正確な構造が予測できるようになったら、私のような結晶構造屋は干上がります...

(無題) 削除/引用
No.4502-14 - 2015/10/23 (金) 14:03:26 - おお
量子コンピューターで10個ほどのアミノ酸からなるポリペプチドの構造を予測の計算をしたというのがあったけどなぁ。。。

ラフな構造なら全体的に見た相同性が30%前後でも重要なアミノ酸(モチーフ)を抽出したときのscoringが高く、2次構造が一致するならsuperimposeでかなり似た構造が得られるのではとおもいます。ただしモチーフ以外の部分がのアミノ酸残基の角度とかはテンプレートと同じように描かれると思いますので、そこは場合によってはかなりいい加減になっているでしょう。というのが私がずいぶん昔にやったときの状況でした。いまはどうかわかりませんけど、webやたいていのPCでできるのはそんな感じじゃないかなぁ。

似たものがなければモチーフを抽出してモチーフごとの構造を見ていくことは可能かもしれません。鉄の結合モチーフはあるようだからその部分の構造は既知のものから予測できそうですけどね。

(無題) 削除/引用
No.4502-13 - 2015/10/23 (金) 13:05:05 - 苦労人
たていす様、サンショウウオ様

ありがとうございます。
やはり、SWISS MODELだとテンプレートが必要なのですね。

今回行いたいのは、「タンパク質と基質の結合時の三次元構造の予測」です。

タンパク質はCYPであることはおそらく確実なのですが(モチーフの存在から)、相同性の高いタンパク質がありません。
また、アミノ酸配列が似ていなくても、立体構造が類似することもあるでしょうし、特定部分のみが必要ということも考えられます。
したがって、テンプレートにこだわらず、立体構造を予測したいと思います。

決まったタンパク質と基質の立体構造の予測ということでしたら、Dockingツールなのですかね。。

メモ帳でもできます。 削除/引用
No.4502-12 - 2015/10/22 (木) 21:58:24 - サンショウウオ
 PDBID:3P3L(Crystal Structure of the Cytochrome P450 monooxygenase AurH (wildtype) from Streptomyces Thioluteus)がテンプレートになり、それを元にホモロジーモデリングで作られたPDBファイル(A)にHEMを追加することを例にとって説明すると。

(※ホモロジーモデルと対応しているテンプレートのPDBデータからとったHEMのデータじゃないと、座標が違うんで変なところにHEMがでます。)

 


@テンプレートのPDBファイルをメモ帳で開く


HEMと書いてある行を全部範囲選択してコピーする

HETATM 6344 CHA HEM A 501 0.649 15.335 41.878 1.00 15.73 C
ANISOU 6344 CHA HEM A 501 2365 1967 1645 100 60 25 C
(中略)
HETATM 6386 FE HEM A 501 -2.270 13.442 42.038 1.00 16.73 FE
ANISOU 6386 FE HEM A 501 2406 2150 1800 126 61 -19 FE
↑ここまで



Aホモロジーモデリングで得られたPDBファイル(A)を開く。

Bファイル末尾に@でコピーした行を貼り付けて上書き保存する。

C 3で保存したファイルをPDB Viewerで開く

以上の手順でホモロジーモデリングでえられたPDBファイルにHEMを追加することができます。が、、、確実にアミノ酸の側鎖と干渉してると思います。
 

(無題) 削除/引用
No.4502-11 - 2015/10/21 (水) 22:52:01 - たていす
>決めたTempleteをもとに、立体構造を決めていくという考えで合っていますでしょうか。
自分できめてもよいですが、build modelでtemplate-searchとmodellingを同時に行います。満足行かなければ、自分でtemplateを指定すれば良いのではないでしょうか。

>リガンドを埋め込みたいのですが、どのようにすれば良いのでしょうか?
HEMのことだとすると、HEMを結合した3Dが既にあるでしょうから、modelをその構造にfitさせて、HEMだけ取り込めるかもしれません。
ですが、基質のような任意のリガンドの結合部位を探すのであれば、docking softwareでしょ。

(無題) 削除/引用
No.4502-10 - 2015/10/21 (水) 17:35:52 - 苦労人
SWISS MODELを使用してみたのですが、いまいち分かりません。
決めたTempleteをもとに、立体構造を決めていくという考えで合っていますでしょうか。

@Templeteはどういう基準で選べばよいのでしょうか?
同じような反応を触媒するものや、似たリガンドを持つものでしょうか?
検索結果ではidentityが20前後のものが大半です。

Aリガンドを埋め込みたいのですが、どのようにすれば良いのでしょうか?

(無題) 削除/引用
No.4502-9 - 2015/10/19 (月) 14:36:43 - サンショウウオ


 Swiss modelでできた破綻した側鎖なら、FolditのStandaloneVersionで修正できます。側鎖の衝突も目視で確認できるので、簡単な修正はこっちでやることが多いですね。

 ホモロジーモデリングでいい結果が得られなかった場合は、
fragment assembly法でそれなりに予測する方法がありますが、ノートパソコンで最低1週間ぐらいの計算時間がかかるので現実的ではないです。。Swissmodelでよく出る側鎖同士の衝突のようなエラーは出ないけど。

(無題) 削除/引用
No.4502-8 - 2015/10/18 (日) 22:37:10 - たていす
>破綻した構造というのはどういうことでしょうか?
residuesが接触しているとか、主鎖が途切れているとか、です。
spdbv(swiss-modelのdefault-viewer)だと、crashed residuesのようなコマンドでチェックできます。
じつは、私はpymolを使っているのですが、どうすれば構造の不適切な部分を探せばよいのか判りません。だれか知っていたら教えてください。

(無題) 削除/引用
No.4502-7 - 2015/10/18 (日) 22:19:02 - 苦労人
おお様

ありがとうございます。

>ホモロジーのなるだけ高い同じような機能をもつタンパク質で構造が調べられているものにスーパーインポーズする方法だと思います

確かに仰るとおりですね。
ホモロジーの高いのもで構造まで調べられているものがない場合は、何か良いご提案がありますでしょうか?


P450の場合、鉄結合サイト等モチーフが分かっていますので、配列から重要部分の予想はついています。
やはり一番気になるのはリガンドとの結合ですかね。

アミノ酸配列の相同性が高くなくても、三次元構造が似ていることや重要部分のみ同様に保存してあることあるので、それが視覚的に確認できるといいのですが。。。

(無題) 削除/引用
No.4502-6 - 2015/10/18 (日) 22:11:06 - 苦労人
サンショウウオ様

ありがとうございます。
実は、Discoverystudio visualizerは、5年ほど前に別の系統の研究で使ったことがありまして、視覚的に見やすいので、良いツールだと思っておりました。
他のものと組み合わせて使えたらと思います。

(無題) 削除/引用
No.4502-5 - 2015/10/18 (日) 22:08:08 - 苦労人
たていす様

ありがとうございます。
SWISS MODELは一番お手頃そうかなと思っておりました。

>どれも推定構造なのだから、他のサービスと比較してみればよいと思います。

やはり、サービスによって結果は結構変わってくるものなのでしょうか?


>出てきたモデル構造の破綻した部分がどの程度あるのかを確認する必要があるだろうと思います。

破綻した構造というのはどういうことでしょうか?

(無題) 削除/引用
No.4502-4 - 2015/10/17 (土) 09:45:33 - おお
A似たような反応を触媒するタンパク質と三次元構造は似ているのか
B鉄はどこの部分で配位しているのか
C重要なタンパク質はどの部分か

よくやられるのは、ホモロジーのなるだけ高い同じような機能をもつタンパク質で構造が調べられているものにスーパーインポーズする方法だと思います。

スーパーインポーズしなくとも重要なアミノ酸は見方によっていろいろだとは思いますが、生物種間や近縁のparalogなどでアライメントをして、鉄結合部位がわかっている蛋白の結合部位のアミノ酸やその周りの配列などが保存されていれば、ここかなといえる場合が多いと思います。たとえばZn finger motifとかモチーフが検出されるとこのCysにZnが、、、とみんなほぼ自動的に思ってしまいます(証明されていない蛋白はおおいでしょう)。鉄結合に限らず保存されている部分は機能的に保存されているだろうという仮説が立てれると思います。

また、近縁の蛋白に保存されてないけど、違う種類の蛋白に保存されているモチーフがあるなら、そのモチーフの機能をもっている"かも"しれません。これば近縁の蛋白を使ったアライメントや構造予測では解決できません。

ligandの結合はどうだろう。。。たとえばRNA recognition motif(RRM)はモチーフとして保存されているけど、RNAの結合の仕方はそれぞれのRRMで全く違ったりしますから、、、
そのligandがほかのP450に結合するならそれが参考になるかもしれませんけど。

(無題) 削除/引用
No.4502-3 - 2015/10/17 (土) 00:33:17 - サンショウウオ
Discoverystudio visualizerだと、リガンドや鉄原子と結合してるアミノ酸を二次元の図や三次元のサーフェースモデルにして出力してくれるのでお気に入りです。

(無題) 削除/引用
No.4502-2 - 2015/10/16 (金) 22:25:25 - たていす
>・おすすめを教えていただけますでしょうか。
お遊び程度ですが、Swiss modelにaccountを作って、そこでやるのが楽ではないかと思います。(まあ、誰かが見ているということになるけどね)
どれも推定構造なのだから、他のサービスと比較してみればよいと思います。
出てきたモデル構造の破綻した部分がどの程度あるのかを確認する必要があるだろうと思います。

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