Гомологичное моделирование комплекса белка с лигандом

Традиционные ссылки на полезные ресурсы:

  • Уроки по работе с Modeller находятся здесь.

волшебное слово: r'MODELIRANJE'

Цель данного занятия ознакомится с возможностями гомологичного моделирования комплекса белка с лигандом. В этом занятии мы будем пользоваться пакетом Modeller. Это программное обеспечение распространяется бесплатно для академических пользователей.

Вы будете работать с любым белком лизоцимом из Uniprot. Используя известную структуру лизоцима форели как образец, Вам необходимо построить модель комплекса Вашего белка с лигандом.

  1. Загрузим модуль
1import sys 
2import modeller 
3import _modeller
4import modeller.automodel 
  1. Зададим некторые параметры
1env=modeller.environ()
2env.io.hetatm=True
  1. Скачаем белок заготовку
1! wget http://www.pdb.org/pdb/files/1lmp.pdb

и последовательность
1! wget http://www.uniprot.org/uniprot/PXXXX.fasta
  1. Создадим объект выравнивание:
1alignm=modeller.alignment(env)

и добавим последовательность и структуру

1alignm.append(file='PXXX.fasta', align_codes='all',alignment_format='FASTA')
2## создадим модель
3mdl = modeller.model(env, file='ХХХХ.pdb', model_segment=('FIRST:'+'A', 'LAST:'+'A'))
4## и добавим в выравнивание
5alignm.append_model(mdl, atom_files='ХХХ.pdb', align_codes='1lmp')
6## есть смысл поправить идентификаторы
7alignm[0].code = '.....'
  1. Делаем выравнивание и сохраняем:
1alignm.salign()
2alignm.write(file='all_in_one.ali', alignment_format='PIR')
  1. Посмотрите содержимое all_in_one.ali, там всё хорошо?
  1. Построим модель:
 1## Выбираем объект для моделирования 
 2s = alignm[0]
 3pdb = alignm[1]
 4
 5print s.code, pdb.code
 6
 7## Создаем объект automodel
 8a = modeller.automodel.automodel(env, alnfile='all_in_one.ali', knowns= pdb.co...... , sequence = s.code )
 9
10a.name='mod'+s.code
11a.starting_model = 1
12a.ending_model = 2
13a.make()
  1. Надо посмотреть результат:
    1import nglview
    2import ipywidgets
    3w1 = nglview.show_structure_file('.....B99990001.pdb')
    4w1
    
-----
А ГДЕ ЛИГАНД??
-----
  1. Оказывается надо добавить три остатка лиганда к последовательности

Подсказки как сделать:

1## Получить список остаков
2alignm[n].residues
3## Добавить в объект выравнивание последовательность из  строки
4alignm.append_sequence(....

  1. (Дополнительно) Поместите лиганд в другое место, переназначив объект automodel, это очень примерный код:
     1class mymodel(modeller.automodel.automodel):
     2    def special_restraints(self, aln):
     3        rsr = self.restraints
     4        at = self.atoms
     5        for x,y in [('CG:83','O6:228')]:
     6        rsr.add(modeller.forms.gaussian(group=modeller.physical.xy_distance, 
     7                                        feature=modeller.features.distance(
     8                                        at[x],at[y]),mean=3.0, stdev=0.1))
     9
    10from modeller import *
    11from modeller.automodel import *    
    12a = mymodel(env, ...
    

и да подсказка: надо удалить рестрейны которые генерируются автоматически: ( можно через файл рестрейнов)

43 atoms in HETATM/BLK residues constrained
to protein atoms within 2.30 angstroms
and protein CA atoms within 10.00 angstroms

  1. Доп. Постройте структуру лизоцима с лигандом где все аминокислоты аланин и сравните скор функцию с "нативной" последовательностью.
  2. Доп. Найдите способ искать мутации для улучшения связывания по мотивам этого скрипта https://salilab.org/modeller/wiki/Mutate%20model