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かずまさまるこ
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1 PDBjing& 創薬等情報拠点講習会見てわかるタンパク質ー生命科学のための立体構造データの利用法 UCSF ChimeraとModellerを用いたホモロジーモデリングと HOMCOSサーバによる複合体立体構造の検索モデリング川端猛 ( 大阪大学蛋白質研究所特任研究員 ) kawabata@protein.osaka-u.ac.jp 2015 年 6 月 13 日 ( 土 ) 科学技術振興機構東京本部別館 2 階セミナー室 1

創薬等支援技術基盤プラットフォーム生産領域 : タンパク質試料の調整解析領域 : タンパク質構造解析バイオインフォマティクス領域 :

( 全般的なお問い合わせ ) からお問い合わせくださいまたお申し込みは各拠点情報のページにあるお申し込みフォームからご登録ください

2 創薬等支援技術基盤プラットフォーム生産領域 : タンパク質試料の調整解析領域 : タンパク質構造解析バイオインフォマティクス領域 : 構造予測等の計算化学ライブラリースクリーニング領域 : 化合物ライブラリーの提供スクリーニング機器の共用合成領域 : ヒット化合物の最適化情報領域 : データベース解析ツールの提供プラットフォームをご利用希望の方は各拠点情報のページから詳しい支援メニューをご覧になりご利用を希望する拠点の問い合わせ窓口または総合窓口 ( 全般的なお問い合わせ ) からお問い合わせくださいまたお申し込みは各拠点情報のページにあるお申し込みフォームからご登録ください情報拠点 : 生物学者のニーズを的確に捉えた情報解析ツールの開発がミッションアンケートにご要望ご批判をたくさん書いていただけるとありがたいです立体構造を用いた情報解析 ( モデリングドッキング等 ) の個別相談も受け付けています

3 UCSF Chimera と Modeller を用いた演習今日の内容 1. ホモロジーモデリング法とは 2. 配列から相同な立体構造の検索 3. UCSF Chimeraによる配列と立体構造のアラインメント 4.Modellerを用いたホモロジーモデリング HOMCOS を用いた演習 5.HOMCOSを用いたタンパク質の結合分子の予測 6.HOMCOSを用いたヘテロ複合体構造の予測 7.HOMCOSを用いた化合物蛋白質複合体構造の予測

4 立体構造予測法の二つのアプローチ名称手法の概要ホモロジーモデリング法比較モデリング法鋳型ベース予測法鋳型立体構造にできるだけ似た形で立体構造を予測非経験的方法 Ab initio 予測法 De novo 予測法鋳型構造を用いずに物理化学的な原理 ( 分子シミュレーションの技法 ) に基づいて立体構造を予測鋳型立体構造必要不要一般性低い高い計算量少ない多い予測精度似た鋳型があれば高い高い精度を得るには大きな計算量が必要単体の立体構造予測 MODEER, SWSS MODE ROSEA, Efold, 蛋白質複合体予測 MODEER, HOMCOS ZDOC, HADDOC, 低分子タンパク質複合体予測 MODEER, HOMCOS, fkcombu DOC, AutoDock, sievgene, lide,

5 ホモロジーモデリングによる 3 次構造予測原理 : 立体構造はアミノ酸配列より保存しやすい. 予測対象配列 ( クエリ配列 ) NANSPAEEWSRD 立体構造データベース NANSPAEEWFS-RD * * * ** ** * * ** ** MNAD-SPAQEAWFQRD 鋳型 ( テンプレート ) 構造とそのアラインメントテンプレート構造 D R Q A E D S A W F A Q P N M D R S Q E N S A W F E A P N ステップ1: フォールド認識立体構造データベースの中からクエリ配列に最も適合する鋳型構造 ( テンプレート構造 ) を探す BAS, プロフィール法, スレディング法. ステップ 2: モデリング鋳型 ( テンプレート ) 構造に従って全原子を構築 (1) 側鎖原子の構築 (2) 挿入ループ部を構築 MODEER, FAMS,.

6 モデリング鋳型 ( テンプレート ) 構造を元にした全原子の構築 (MODEER) (1) ループの構築 Sequence AMSFS Structure M---F テンプレートモデル (2) 側鎖原子の構築テンプレートモデル Sequence AYND Structure AFD AFD AYND MODEER :

7 エネルギー最小化計算によるホモロジーモデリング MODEER ( の場合通常の分子シミュレーションのポテンシャル関数にテンプレート構造の距離拘束のエネルギー関数を加えて同時にエネルギー最小化計算を行う

8 モデリングした構造の精度と用途反応メカニズムの理解リガンドの設計高分子のドッキング SeqD = 100 % SeqD = 50 % 低分子のドッキング [ 分子置換法による精密化 ] SeqD = 30 % 部位特異的置換のサポート [NMR の精密化 ] [ 電顕等の粗い電子密度へのフィット ] Ab initio 保存している表面残基の発見 Baker, D., Sali, A. Science (2001), 294, 93-96

9 UCSF Chimera と Modeller を用いたホモロジーモデリング

10 配列から相同立体構造の取得標的 ( 予測対象 ) とするアミノ酸配列 : UniProt の CA5_HUMAN CA5_HUMAN: Calmodulin-like protein 5 SQ SEQUENCE 146 AA; MW; CC CRC64; MAEPEEE AQYAFSA DDNNA QEAAA NSEAQR SEDSD DESFQEF AAARA EDQAFRAF DQDDH DERRAMA QPPQEED AMREADDQ DRNYEEFA RMAQE 二つの変異体がUniProtに記載されている ARAN S -> (polymorphism confirmed at protein F level;dbsnp:rs ). ARAN > R (polymorphism confirmed at protein F level; dbsnp:rs ). ちなみにヒトの有名なカルモジュリンは CAM_HUMAN で CA5 とは 50% ほどの配列一致率

11 アミノ酸配列の取得と検索 1) oogle で UniProt と入力 2) UniProt のページのフォームに CA5_HUMAN と入力 3) CA5_HUMAN のページ 4) メニューの [Format] から FASA(canonical) を選ぶ 5) 一文字表記のアミノ酸配列が表示されるこれをマウスで選択しコピーする

12 PDBj による相同な立体構造 ( 鋳型構造 ) の検索 1) oogle で PDBj と入力 2) PDBj のトップページから Sequence Navigator を選択 3) [Search by sequence] のタブを選びフォームに UniProt のページでコピーした CA5_HUMAN の配列をペースト 4) 対 PDB の BAS 検索の結果が表示される PDB コード 1ahr の A 鎖が sequence identity 51% でヒットこれを鋳型とする

13 Chimera: 鋳型構造の読み込み 1) Chimera を起動してメニューから [File] [Fetch by D ] を選ぶ 2) [PDB] を選択 D のフォームに 1ahr と入力し [Fetch] をクリック 3) 左図のような構造が表示されるはず緑色の球はカルシウムイオン 4) メニューから [ool] [Sequence] [Sequence] を選ぶと以下のような Sequence ウィンドウが表示される

14 Chimera: 標的配列の読み込み 1) Sequence ウインドウのメニューから [Edit] [Add Sequence ] を選ぶと Add Sequence のウィンドウが表示される 2) Add Sequece ウィンドウから [From UniProt] のタブを選択し UniProt name/d のフォームに CA5_HUMAN と入力し [O] をクリック 3) 以下のような構造 (1ahr) と配列 (CA5_HUMAN) のアラインメントが表示される

MAEPEEE AQYAFSA DDNNA QEAAA NSEAQR SEDSD DESFQEF AAARA EDQAFRAF DQDDH DERRAMA QPPQEED AMREADDQ

15 Chimera: 変異箇所の立体構造の確認 SNPが報告されている 58 番目のS (S->) の立体構造上の位置を確認してみる ARAN 58 S -> (polymorphism confirmed at protein F level). MAEPEEE AQYAFSA DDNNA QEAAA NSEAQR SEDSD DESFQEF AAARA EDQAFRAF DQDDH DERRAMA QPPQEED AMREADDQ DRNYEEFA RMAQE 1) 58 番目の S (DSD) を探しそれに対応する構造部位 ( この場合は A) をマウスで選択する 2) 選択された状態で [Actions] [Atoms/Bonds] [Show] とすると選択された構造部位がスティック表示される同様に 74 番目の -> R の位置も確認してみる

Chimera: 標的配列の Ca 2+ 結合部位の推定鋳型立体構造 (1ahr) の Ca 2+ イオンの結合部位を求め sequence ウィンドウで対応する標的配列の部位を確認すればよい 1) メニューから [Select] [Residue] [CA] を選択し Ca 2+ イオンを選択 2) メニューから [Select] [Zone ] を選択する 3)

16 Chimera: 標的配列の Ca 2+ 結合部位の推定鋳型立体構造 (1ahr) の Ca 2+ イオンの結合部位を求め sequence ウィンドウで対応する標的配列の部位を確認すればよい 1) メニューから [Select] [Residue] [CA] を選択し Ca 2+ イオンを選択 2) メニューから [Select] [Zone ] を選択する 3) Select Zone Parameterのウィンドウが表示される一番上のフォームの 5.0 を 4.0 に書き直して [O] をクリックする 4) 選択された状態で [Actions] [Atoms/Bonds] [Show] で Ca 2+ 結合部位がスティック表示される 5) 選択された状態で sequence ウィンドウを確認すると Ca 2+ 結合部位が緑色で強調表示されている

17 Modeller によるホモロジーモデリング (1) 1) sequenceウィンドウから [Structure] [Modeller(homology] を選択 2) Modellerウィンドウの Choose the targetを CA5_HUMAN とし Choose at least one template: を1ahr(#1) chainaを選択する 3) [Advanced Options] をクリックし [Number of output models] を 1 とし [nclude non-water HEAM residues from template] をする

ローカルに Modeller を起動するための注意 ocation of Modeller executable

14 [Browse] をクリックしてフォルダを移動し Modeller の実行ファイルを選択 [Browse]

18 ローカルに Modeller を起動するための注意 ocation of Modeller executable を設定する必要があります Windows の場合の設定例デフォルトでは mod9v9 になっていますがこのままでは動きません C: Program Files Modeller9.14 lib x86_64-w64 mod9.14.exe Macintosh の場合の設定例 /usr/bin/mod9.14 [Browse] をクリックしてフォルダを移動し Modeller の実行ファイルを選択 [Browse] をクリックしてフォルダを移動し Modeller の実行ファイルを選択バージョンやインストール場所によって詳細は異なります各自の設定に合わせてください

Web Server を利用する場合ローカルの Modeller を起動できない場合 Chimera の開発グループが用意した Web server を利用することができますアカデミックライセンスのライセンスキー文字列を入力する必要がありますアカデミックの方が

19 Web Server を利用する場合ローカルの Modeller を起動できない場合 Chimera の開発グループが用意した Web server を利用することができますアカデミックライセンスのライセンスキー文字列を入力する必要がありますアカデミックの方がライセンスキーを取得するにはにアクセスし [Registration] からユーザー情報を入力してくださいしばらくするとライセンスキーの文字列が電子メールで送付されます Web Service を利用した場合もローカルに起動した場合も以後の手続きは同じです

20 Modeller によるホモロジーモデリング (2) 4) Modeller ウィンドウの下の [O] をクリックすると計算が開始する計算終了までは 1 分 ~ 数分かかる計算進行状況は画面左下に表示される 5) 計算が終了すると鋳型構造とモデル構造が表示される 6) [Favorites] [Model Panel] を選択 Model Panel ウィンドウの [Shown] ののオンオフでオブジェクトの表示非表示を選択可能鋳型構造 (1ahr) モデル構造 (1ahr)

21 Modeller によるホモロジーモデリング (3) 最後にモデリングした構造だけを PDB 形式のファイルに保存する 7) [File] [Save PDB ] を選択すると [ 8) 適当なフォルダとファイル名 ( CA5_HUMAN.pdb ) を入力 9)Save models: では保存したモデル ( CA5_HUMAN model 1 (#1.1) ) を選択 10) [Save] をクリック

UCSF Chimera だけで実行できる解析リガンド分子と近接している残基の同定指定した原子間の距離の計測分子表面の表示静電ポテンシャルによる分子表面の色付けアミノ酸配列と立体構造とのアラインメント進化的保存が高い部位の立体構造上の位置の観察アミノ酸置換構造のモデリング相同な二つの立体構造の比較モーフィングアニメーションその他にも以下のようなモデリングに関する機能があります

22 UCSF Chimera だけで実行できる解析リガンド分子と近接している残基の同定指定した原子間の距離の計測分子表面の表示静電ポテンシャルによる分子表面の色付けアミノ酸配列と立体構造とのアラインメント進化的保存が高い部位の立体構造上の位置の観察アミノ酸置換構造のモデリング相同な二つの立体構造の比較モーフィングアニメーションその他にも以下のようなモデリングに関する機能があります水素原子の付加 [ools] [Structure Editing] [AddH] 操作法が載っています部分電荷の付加 [ools] [Structure Editing] [Add Charge] 見てわかる構造生命科学生命科学研究へのタンパク質構造の利用中村春木編化学同人税抜 5000 円 RasMol, UCSF Chimera, PyMO の使い方を解説低分子ドッキングプログラム Auto Dock ina の実行 [Surface/Binding Analysis] [AutoDock ina] ドッキング候補ポーズの解析 [Surface/Binding Analysis] [iewdock]

23 HOMCOS を用いた複合体構造のホモロジーモデリング

24 複合体立体構造は単量体構造より機能情報が豊富 ADP Substrate Peptide PPA Cyclin A2 Cyclin-dependent protein kinase (CD2) 複合体立体構造から以下のことがわかる (1) 他の分子との結合部位変異体の解釈設計阻害剤の設計改変 (2) 結合反応のメカニズムの理解 3D Complex of CD2+ADP +Cyclin A2 + Peptide (PDBcode:3qhw)

25 鋳型ベースのモデリング :emplate based Modeling 既知の立体構造 W E E N Q F F A F E Q E F F A 予測立体構造タンパク質 - タンパク質複合体 A Q A E W D A Q Q F D 化合物 - タンパク質複合体 F E Q W E E N タンパク質単量体 WEEN.. WEEN.. QFAF.. AWDQAE.. 既知の立体構造予測立体構造既知の立体構造予測立体構造複合体のホモロジーモデリング

26 鋳型ベースのドッキング :emplate based Docking D E W E Q 標的タンパク質の単量体立体構造 F A F タンパク質 - タンパク質複合体 E F F E Q A F 鋳型となるタンパク質の複合体立体構造 E D E W F F E Q A F 標的単量体を鋳型複合体に重ね合わせる D E W E Q F A F 標的タンパク質の予測複合体立体構造を得る A S S A D Q 標的化合物の立体構造と標的タンパク質の単量体立体構造 Q 化合物 - タンパク質複合体 F A D Q Q 鋳型となる化合物タンパク質の複合体立体構造 S A F S A Q D Q 標的単量体を鋳型複合体に重ね合わせる A S S A D Q 標的化合物 - タンパク質の予測複合体立体構造を得る Q

org アミノ酸配列 B 化合物構造タンパク質に対する結合分子検索 MYB HRX

27 HOMCOS : 複合体立体構造の検索ホモロジーモデリングのサーバ PDB 内の複合体の立体構造データを検索しそれを鋳型にモデリングする配列相同性検索はBAS 化学構造類似性検索はCOMBUを使用 HOMCOS でグーグル検索サービス入力 1 入力 2 PDB 内の結合分子の検索複合体立体構造のホモロジーモデリングタンパク質に対する結合分子の検索化合物に対する結合分子の検索ホモ多量体モデルヘテロ多量体モデル化合物ータンパク質複合体のモデルアミノ酸配列化合物構造アミノ酸配列アミノ酸配列 A アミノ酸配列アミノ酸配列 B 化合物構造タンパク質に対する結合分子検索 MYB HRX Crebbp MYB MRE-1 MRE-1 ヘテロ多量体のモデリングアミノ酸配列 2 本を入力それぞれ PDBに対するBASを実行 BAS BAS 化合物 - タンパク質複合体のモデルアミノ酸配列と化合物構造を入力アミノ酸配列は BAS で化学構造は COMBU で PDB に対して検索 BAS COMBU 鋳型構造予測構造予測構造鋳型構造

28 ホモロジーモデリングによる 3 次構造予測 HOMCOS が提供するサービス NANSPAEEWSRD 立体構造データベース予測対象配列 NANSPAEEWFS-RD * * * ** ** * * ** ** MNAD-SPAQEAWFQRD テンプレート構造とそのアライメントテンプレート構造 D R Q A E D S A W F A Q P N M D R S Q E N S A W F E A P N ステップ1: フォールド認識立体構造データベースの中からクエリ配列に最も適合する構造 ( テンプレート構造 ) を探す BAS, プロフィール法, スレディング法. ステップ 2: モデリングテンプレート構造に従って全原子を構築 (1) 側鎖原子の構築 (2) 挿入ループ部を構築 MODEER, FAMS,.

A1 B1 2g9x_1 A1 B1 : コンタクトしている分子の表 1vwg_1 A1 B1 2g9x_1 A1 B1 : コンタクトしている分子の表 SH C39

29 問い合わせ配列 WEEN PDB に登録されたアミノ酸配列のデータベース PDB に登録された化合物のデータベース問い合わせ化合物タンパク質に対する結合分子の検索 BAS 検索 C39 >1vwg_A >1jsu_B SH COMBU 検索 BC 相同なタンパク質のリスト 2g9xA 1w98A 1fq1B : 1vwg_1 A1 B1 2g9x_1 A1 B1 : コンタクトしている分子の表 1vwg_1 A1 B1 2g9x_1 A1 B1 : コンタクトしている分子の表 SH C39 BC : 類似した化合物のリスト問い合わせ配列とコンタクトする分子の予測リスト化合物に対する結合タンパク質の検索問い合わせ化合物とコンタクトする分子の予測リスト

30 CD3 を題材をした結合分子予測 CD3_HUMAN (Cyclin-dependent kinase 3) 1) oogleで HOMCOS と入力 2) タンパク質に対する検索を選ぶ 3) UniProtD のフォームに CD3_HUMAN と入力して [SEARCH] をクリックする問い合わせ蛋白質の配列は以下の 4 通りで入力可 (i) PDB_D+ 鎖 (ii) PDB ファイルのアップロード (iii) UniProt D (iv) アミノ酸配列

31 タンパク質に対する検索結果のトップ画面 (CD3) 単量体複合体構造はデフォルトでは代表構造だけがバー表示されているアライメント領域相互作用部位によって代表を決めている全ての相同な立体構造を表示する場合は [bars:full] をクリックする相同性のしきい値はデフォルトでは E- value<0.001 だけで同一残基率は 0% に設定してあるよりしきい値を上げれば (30%,40%,,95%) 候補構造は減るが予測の信頼性は向上するのアイコンをクリックすると単量体の立体構造モデルが表示される

32 単量体立体構造の表示 (CD3) Sequence-replaced 3D model( 簡易ホモロジーモデル構造 ): 鋳型構造と座標は同じ残基名と残基番号を標的配列と入れ替えてある側鎖原子や挿入残基は正しくモデリングされていない簡易ホモロジーモデル構造のダウンロード鋳型構造のダウンロードメニューから表示される構造の種類を選ぶことができる CD3 ( 鋳型は CD2) をクリックすると Modeller の入力ファイルをダウンロード可能 Modeller をインストールすれば全原子のモデルが構築可能クエリ (CD3_HUMAN) と鋳型 (1fin_C_1) とのアラインメントをクリックすると生物学的単位に含まれる全ての分子が表示される

33 Contact Bar のヘテロ複合体の画面 (CD3) コンタクトしている別のタンパク質の分子名標的分子と鋳型の同一残基率 (%) 値が高いほど予測の信頼性が高い相互作用部位のアイコンをクリックするとヘテロ複合体の立体構造モデルが表示される

34 ヘテロ複合体立体構造の表示 (CD3) 複合体の Sequence-replaced model 鋳型構造のダウンロード Modeller の入力ファイルのダウンロードも同様に可能 Cyclin A2 CD3 ( 鋳型は CD2) CD3 予測接触残基標的配列 (CD3) の残基番号残基名になっている Cyclin A2 接触残基が b の文字で示されている

35 Contact Bar の化合物複合体の画面 (CD3) 4QE, 4SP などは PDB の 3 文字表記の分子名コンタクトしている化合物の分子名標的と鋳型の同一残基率 (%) 値が高いほど予測の信頼性が高い相互作用部位のアイコンをクリックすると化合物 - タンパク質複合体の立体構造モデルが表示される

36 化合物 - タンパク質複合体 (CD3) 複合体の Sequence-replaced model 鋳型構造のダウンロード Modeller の入力ファイルのダウンロードも同様に可能 CD3 ( 鋳型は CD2) 化合物名 3 文字表記は 4QE 予測接触残基標的配列 (CD3) の残基番号残基名になっている接触残基が b の文字で示されている

Site able コンタクトバー表示の画面上のこのアイコンをクリック結合分子のサマリー UniProt のアノテーション (Feature able) 溶媒露出度 (%) 二次構造 (H:α へリックス E:β シート ) をクリックすると特定のサイトのまとめのページが表示される (1) 埋もれている部位 ( 溶媒露出度 acc が小さい部位 ) に変異が入ると

37 Site able コンタクトバー表示の画面上のこのアイコンをクリック結合分子のサマリー UniProt のアノテーション (Feature able) 溶媒露出度 (%) 二次構造 (H:α へリックス E:β シート ) をクリックすると特定のサイトのまとめのページが表示される (1) 埋もれている部位 ( 溶媒露出度 acc が小さい部位 ) に変異が入ると天然構造が不安定になり機能を失活しやすい相同配列群のアミノ酸頻度頻度順にソート出現したアミノ酸だけ表示 (2) 相同タンパク質群で観察されるアミノ酸の割合 (observed aa) が大きい ( よく観察される ) アミノ酸に変異した場合機能への影響は小さい逆に稀にしか観察されないアミノ酸に変異した場合は機能を失いやすい SF score など多くのプログラムがこの原理に基づく

38 3 番目の部位のまとめ (CD3) 相同配列群のアミノ酸頻度頻度順にソート出現したアミノ酸だけ表示これらの PDB の D をクリックするとこの部位 (3 番目の部位 ) を結合サイトとする複合体立体構造のモデルが表示される

39 3 番目の部位がタンパク質間相互作用部位となる例 (CD3) CD3 ( 鋳型は CD2) 3 番目の Met ( 鋳型では Asn) Cyclin A2

40 SPC_HUMAN の場合のタンパク質に対する検索のトップ画面 SPC_HUMAN (ranscription factor Spi-C) のアイコンをクリックすると核酸 - タンパク質複合体の立体構造モデルが表示される

41 核酸タンパク質複合体 (SPC) デフォルトでは一つの標的タンパク質と一つの結合分子が一対一で表示される二重鎖 DNA のように必ず 2 分子がセットになる分子ではおかしなことになるをクリックするとこの PDB の生物学的単位 (Biological Unit) assembly_id=1 に含まれる全分子が表示される

42 核酸タンパク質複合体 (SPC) assembly_id=1 の生物学的単位に含まれる全分子を用いたモデルをクリックするとこの PDB の生物学的単位 (Biological Unit) assembly_id=1 に含まれる全分子が表示される

(1) 埋もれている部位 ( 溶媒露出度 acc が小さい部位 ) に変異が入ると天然構造が不安定になり機能を失活しやすい (2) 相同タンパク質群で観察されるアミノ酸の割合 (observed

43 ARSA_HUMAN の場合の Site able の画面 ARSA_HUMAN(Arylsulfatase A) 溶媒露出度 (%) 結合分子のサマリー相同配列群のアミノ酸頻度頻度順にソート出現したアミノ酸だけ表示 UniProt のアノテーション (Feature able) UniProt の変異体に関する情報 (ARAN) をクリックすると特定のサイトのまとめのページが表示される (1) 埋もれている部位 ( 溶媒露出度 acc が小さい部位 ) に変異が入ると天然構造が不安定になり機能を失活しやすい (2) 相同タンパク質群で観察されるアミノ酸の割合 (observed aa) が大きい ( よく観察される ) アミノ酸に変異した場合機能への影響は小さい逆に稀にしか観察されないアミノ酸に変異した場合は機能を失いやすい SF score など多くのプログラムがこの原理に基づく

44 29 番目の部位のまとめ (ARSA) 29 番目の D の進化的保存は極めてよい (100%) D N の変異は eukodystrophy metachromatic(md) [ リソソーム病 ( 異染性白質ジストロフィー )] という病気と関連があるカルシウムイオン (Ca 2+ ) との複合体構造が予測されている

45 29 番目の部位に注目した Ca 2+ イオンータンパク質複合体の予測結合構造 Ca 番目の Asp 29 番目の部位の D N の変異によって Ca 2+ イオンとの結合に影響が及ぶ可能性 Ca 2+

46 問い合わせタンパク質 A 配列 WEEN... or E W 単量体構造 E N 問い合わせタンパク質 B 配列 QFAF... or 単量体構造 Q F A F ヘテロ蛋白質複合体のモデリング BAS 検索 >1vwg_A >1vwg_B >2g9x_A PDB 内のアミノ酸配列のデータベース BAS 検索配列 A と相同なタンパク質のリスト 1vwgA 2g9xA 8atcA 1fq5A : 1vwg_1 A1 B1 2g9x_1 A1 B1 1jsu_1 A1 B1 8atc_2 A1 B1 2fi5_1 E2 1 : 結合している分子の表 1vwgB 2g9xB 2fi5 2eufA : 配列 B と相同なタンパク質のリスト相同な複合体の一つを鋳型として取り出す配列の置き換え Q E W F E N A F 予測モデル構造 emplate-based Model (Sequence-replaced model) E F F E Q A F 鋳型構造 :1vwg_1 A1 B1 or 単量体の重ね合わせ Q E E W F F E Q A N F 予測モデル構造 emplate-based docking

Cyclin-dependent proten kinase 5 CCNB1_HUMAN :2/mitotic-specific cyclin B1

47 ヘテロ多量体のモデリング (2 本の配列から ) 1) oogle で HOMCOS と入力 2) ヘテロ多量体のモデルを選ぶ 3) タンパク質 A の UNPRO_D に CD5_HUMAN をタンパク質 B の UNPRO_D に CCNB1_HUMAN を入力 CD5_HUMAN: Cyclin-dependent proten kinase 5 CCNB1_HUMAN :2/mitotic-specific cyclin B1 問い合わせ蛋白質の配列は以下の 4 通りで入力可 (i) PDB_D+ 鎖 (ii) PDB ファイルのアップロード (iii) UniProt D (iv) アミノ酸配列

48 ヘテロ多量体のモデリング (2 本の配列から ) 複合体の sequence-replaced 3D model 配列 A と配列 B について対 PDB の BAS 検索が実行される sequence-replaced model template 3D structure の二つを表示ダウンロード可能 CD5_HUMAN CCNB1_HUMAN

のスクリプトのページが表示される (3) スクリプトファイル (model_complex.py) アラインメントファイル (alignment_complex.

49 Modeller による二量体のモデリング (Win8)[1] HOMCOS のヘテロ多量体モデリングで CD5_HUMAN と CCNB1_HUMAN を入力し適当な鋳型構造を選んで以下のモデル 3D 構造のウィンドウが表示されたとする (1) モデル 3D 構造のウィンドウでをクリックする (2)Modeller のスクリプトのページが表示される (3) スクリプトファイル (model_complex.py) アラインメントファイル (alignment_complex.ali), 鋳型構造のファイル (1h27_A_1_B_1.pdb) の三つを自分のパソコンにダウンロードする今回は C: Users guest01 Downloads というディレクトリに保存することにする

このようなコマンドプロンプトのウィンドウが表示される (7) コマンドのウィンドウ内で cd

50 Modeller による二量体のモデリング (Win8)[2] (4) スタート画面の矢印をクリックするとインストールされたプログラムの一覧が表示される (5) アルファベットの M のところにある Modeller というコマンドプロンプトのアイコンをクリックする (6) このようなコマンドプロンプトのウィンドウが表示される (7) コマンドのウィンドウ内で cd [ ディレクトリ名 ] と入力しモデリング用ディレクトリ ( 前頁で三つのファイルをコピーしたディレクトリ ) に移動する今回は cd C: Users guest01 Downloads と入力する

Modeller による二量体のモデリング (Win8)[3] (8) コマンド

51 Modeller による二量体のモデリング (Win8)[3] (8) コマンド dir を入力すると現在のディレクトリにあるファイルの一覧が表示されるダウンロードした三つのファイルがあることを確認 (9) コマンド mod9.14 [ スクリプトファイル ] を入力し Modeller を実行する今回は mod9.14 model_complex.py と入力するこの後計算終了までには 1 分 ~ 数分程度の時間がかかる (10) 計算終了後再びコマンド dir を入力すると出力ファイルの一覧が表示されるこのうち query_complex.b pdb が予測構造の PDB ファイルであるこのファイルを Chimera などで開き予測構造を確認する

Cyclin-dependent proten kinase 5 2b9rA :2/mitotic-specific cyclin B1

52 ヘテロ多量体のモデリング (2 つの単量体構造から ) 1) oogle で HOMCOS と入力 2) ヘテロ多量体のモデルを選ぶ 3) タンパク質 A の PDB_D に 4au8, CHAN_D に A タンパク質 B の PDB_D に 2b9r, CHAN_D に A を入力 4au8A: Cyclin-dependent proten kinase 5 2b9rA :2/mitotic-specific cyclin B1 問い合わせ蛋白質の配列は以下の 4 通りで入力可 (i) PDB_D+ 鎖 (ii) PDB ファイルのアップロード (iii) UniProt D (iv) アミノ酸配列

53 ヘテロ多量体のモデリング (2 つの単量体構造から ) template-based 3D docking model 配列 A と配列 B について対 PDB の BAS 検索が実行される sequence-replaced model template 3D structure template-based 3D docking model の三つを表示ダウンロード可能 4au8A (CD5) 2b9rA (CCNB1)

化合物ータンパク質複合体のモデリング問い合わせタンパク質配列 or AWDQ 単量体構造 W A D Q R 問い合わせ化合物構造 A E BAS 検索 >1vwg_A >1vwg_B >2g9x_A PDB 内のアミノ酸配列のデータベース C39 SH PDB 内の化合物のデータベース COMBU 検索 BC 問い合わせ配列と相同なタンパク質のリスト 2g9xA 1jsuA 1fq5A

54 化合物ータンパク質複合体のモデリング問い合わせタンパク質配列 or AWDQ 単量体構造 W A D Q R 問い合わせ化合物構造 A E BAS 検索 >1vwg_A >1vwg_B >2g9x_A PDB 内のアミノ酸配列のデータベース C39 SH PDB 内の化合物のデータベース COMBU 検索 BC 問い合わせ配列と相同なタンパク質のリスト 2g9xA 1jsuA 1fq5A 8atcA : 2g9x A1 B1(SH) 1jsu A1 B1(C39) 8atc A1 B1(PP) 2fi5 E2 2(AP) : 結合している分子の表 SH C39 BC : 問い合わせ化合物と類似した化合物のリスト配列の置き換え W A D Q 鋳型となる複合体構造の選択 R A E emplate-based Model (Sequence-replaced model) SH F A Q D Q 鋳型 :2g9x_A1 B1 予測モデル構造 or 単量体の重ね合わせ R F W A A Q E D Q 予測モデル構造 emplate-based docking 問い合わせ化合物は fkcombu を用いフレキシブルに鋳型化合物に重ね合わせる

55 化合物タンパク質複合体モデリング 1) oogle で HOMCOS と入力のページ 2) 化合物タンパク質複合体のモデルを選ぶ 3) PROEN の UNPRO_D には CD3_HUMAN を COMPOUND の PDB three letter ligand code には RE を入力 ressa/efitinib (RE)

56 化合物ータンパク質複合体のモデリングアミノ酸配列対 PDBのBAS 検索化合物対 PDBのCOMBU 検索が実行される鋳型化合物 (DQ) 標的化合物 (RE) 複合体のモデル構造が表示される標的化合物 (RE) 鋳型化合物 (DQ)

HOMCOSサーバを用いた複合体立体構造の検索とモデリング

HOMCOSサーバを用いた複合体立体構造の検索とモデリング PDBjing& 創薬等 PF 情報拠点 apros 第 4 回利用講習会生命科学のための立体構造データビッグデータの使い方入門 HOMCOS サーバを用いた複合体立体構造の検索とモデリング川端猛 ( 大阪大学蛋白質研究所特任研究員 ) kawabata@protein.osaka-u.ac.jp 2016 年 3 月 15 日 ( 火 ) 大阪大学蛋白質研究所 1 階講堂 1 創薬等支援技術基盤プラットフォーム