PDBのデータとその見方探し方 PDBj講習会金城玲大阪大学蛋白質研究所

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まなやたけ
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1 PDBのデータとその見方探し方 PDBj講習会金城玲大阪大学蛋白質研究所

2 この講義の内容 PDBjを使った基本的な検索法 PDBデータの読み方 PDB format mmcif format PDBML format jvを使った立体構造の眺め方(時間があれば)

3 基本的な検索法エントリーの取得キーワード検索 dvanced search (細かな条件を指定した検索を開いてください

4 PDBjのウェブインターフェイスデータの登録今回は扱いませんデータの検索エントリーキーワードその他のサービスページ左側ページの右上に現在のエントリー数が表示されているクリックすると今週追加更新されたエントリーのリストが表示される

5 エントリーの取得 PDB ID がチェックされていることを確認する箱に gof と入力する半角英数字 Go ボタンをクリック gof はあるエントリーのPDB ID

6 エントリーのサマリー要約ページエントリー gof のサマリーページが表示されますサマリーとはこの蛋白質に関する記述引用文献実験手法他のデータベースの該当するエントリーへのリンクなどをまとめたもの図もついています

7 分子グラフィクスを眺めてみる jv3 Jmol サマリーページの一番大きな図の下の jv3 または Jmol というボタンをクリックすると分子グラフィクスソフトのアプレットが起動しますマウスでぐるぐる回してしばし眺めてください

8 エントリーのその他の情報サマリーページ上部にその他の情報のページへのリンクがあります Structural Details Experimental Details Functional Details Sequence Neighbor Download/Display Links これらを順に説明します

9 Structural Details 解かれている構造の詳細情報ですどのようなモノがふくまれるかが主な内容です gofの場合はポリペプチド鎖が１つと銅イオンナトリウムイオン酢酸水が含まれていることがわかります

10 Experimental Details 構造が解かれた実験の条件に関する詳細です結晶構造の場合は結晶の各種パラメータや結晶化条件溶液 NMR構造の場合は分光器やスペクトルの種類などが記載されています

11 Functional Details 蛋白質の機能に関する情報が記載されています多くは PDBjが独自に収集したデータで元の PDBのデータにはない情報も含まれます Gene ontology Functional site (残基) リガンド結合部位などなど

12 Sequence Neighbor PDBに対する配列類似性検索 BLST の結果を表示します注意複数のポリペプチド鎖が含まれるエントリーの場合は最初のポリペプチド鎖に対して検索されます

13 Download/Display 元データを表示またはダウンロードできます生のPDB format, mmcif, PDBMLフォーマットの他に原子座標を除いたバージョンも用意されていますアノテーションのみがみたいときに便利結晶構造の場合は構造因子も用意されていることもあります後ほどじっくり眺めます

14 Link 他のデータベースの該当するエントリーへのリンク集です

15 キーワード検索トップページに戻ってキーワード検索をしてみましょう Keywords ボタンをチェックする箱に適当なキーワードを入れる Go ボタンをクリック例 awamori

16 キーワード検索の結果検索結果はPDB Idの辞書順で表示されますただし sorted by のメニューから別のオプションを選んでsearchボタンを再び押せば並べ替えができます複数のキーワードも指定可能注意 Googleのようなものは期待しないこと

17 キーワード検索の結果を見る検索結果リストのPDB ID または図をクリックすると該当するエントリーのサマリーページがポップアップします

18 dvanced Search 再びトップページに戻り dvanced Search というリンクをクリックより詳細な条件を指定した検索ができます

19 dvanced Searchを使う以下の条件などで検索できます登録/リリース年月日登録者論文著者名論文のタイトル雑誌名含まれるポリマーの種類ポリペプチド DN,RN, etc.) 解像度リガンド分子名 (後でみっちり練習します

20 データバンクとウェブサイトウェブサイト(例 PDB) ではないデータバンクとは１次データが集積されいる場所(組織)のこと PDBやINSD[核酸配列] PDBの基本はデータバンクデータベース PDBj内に構築されたデータベースはウェブサイト経由でしか使えないウェブサイトで表示されるものがデータバンクに含まれるデータのすべてではない詳しい情報はエントリーのファイルを直接みる必要がある

21 エントリーとエントリーファイルエントリーとは一つの実験で決まったひとまとまりの立体構造の情報のこと PDB ID は各エントリーに固有の識別子で英数字４文字からなる例 a00, gof (大文字小文字の区別はない各エントリーのファイルはなどからダウンロードできるエントリーファイルにはそのエントリに関するほとんどすべての情報が含まれる (ただし各種 conventionの定義などは除く )

22 PDBのファイル形式各PDBエントリーは一つのファイルに収められている PDB フォーマット mmcif 伝統的なフラットファイル形式情報に欠落があるので厳密な解析には向かない簡便フォーマット国際結晶学連合(IUCr)が定めたCIF(Crystallographic Information File) を拡張したもの Hall, S.R., et al. (99), cta Cryst., 47: PDBML mmcifに基づくxmlフォーマット Westbrook, J. et al. (2005), Bioinformatics 2:

23 Download/Display をもう一度開く Display ボタンを押すとブラウザでファイルの中身が表示されますただし XML(no-atom) だけは例外

24 PDBフォーマット HEDER TITLE TITLE COMPND COMPND COMPND COMPND COMPND SOURCE SOURCE SOURCE KEYWDS EXPDT UTHOR REVDT REVDT REVDT JRNL JRNL JRNL JRNL JRNL JRNL JRNL JRNL REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK REMRK OXIDOREDUCTSE(OXYGEN()) 30-SEP-93 GOF NOVEL THIOETHER BOND REVELED BY.7 NGSTROMS CRYSTL 2 STRUCTURE OF GLCTOSE OXIDSE MOL_ID: ; 2 MOLECULE: GLCTOSE OXIDSE; 3 CHIN: ; 4 EC:..3.9; 5 ENGINEERED: YES MOL_ID: ; 2 ORGNISM_SCIENTIFIC: HYPOMYCES ROSELLUS; 3 ORGNISM_TXID: 532 OXIDOREDUCTSE(OXYGEN()) X-RY DIFFRCTION N.ITO,S.E.V.PHILLIPS,P.F.KNOWLES 3 24-FEB-09 GOF VERSN 2 0-PR-03 GOF JRNL 3-JN-94 GOF 0 UTH N.ITO,S.E.PHILLIPS,C.STEVENS,Z.B.OGEL, UTH 2 M.J.MCPHERSON,J.N.KEEN,K.D.YDV,P.F.KNOWLES TITL NOVEL THIOETHER BOND REVELED BY.7 CRYSTL TITL 2 STRUCTURE OF GLCTOSE OXIDSE. REF NTURE V REFN ISSN PMID DOI 0.038/ REFERENCE UTH N.ITO,S.E.V.PHILLIPS,K.K.S.YDV,P.F.KNOWLES TITL THE CRYSTL STRUCTURE OF FREE RDICL ENZYME, TITL 2 GLCTOSE OXIDSE REF TO BE PUBLISHED REFN REFERENCE 2 UTH M.J.MCPHERSON,Z.B.OGEL,C.STEVENS,K.D.S.YDV, UTH 2 J.M.KEEN,P.F.KNOWLES TITL GLCTOSE OXIDSE OF DCTYLIUM DENDROIDES: GENE TITL 2 CLONING ND SEQUENCE NLYSIS REF J.BIOL.CHEM. V REFN ISSN RESOLUTION..70 NGSTROMS.

25 PDBフォーマットつづき N C C O CB N C C O CB OG N C C O CB N C C O CB CG CD L L L L L SER SER SER SER SER SER L L L L L PRO PRO PRO PRO PRO PRO PRO N C C O C N C C O C O N C C O C N C C O C C C

26 PDBフォーマット超入門行指向１行８０コラム (cf. FORTRN77) ヘッダ行頭６コラムとアノテーションの組長いアノテーションは次の行に継続７１０コラム目に継続を示す数字がある代表的なヘッダは HEDER, TITLE, COMPND, SOURCE, EXPDT, UTHOR, JRNL, REMRK (番号つき),, HETTM 詳しくは

27 mmcif data_gof # _entry.id GOF # _audit_conform.dict_name mmcif_pdbx.dic _audit_conform.dict_version.0670 _audit_conform.dict_location # _database_2.database_id PDB _database_2.database_code GOF # loop database_pdb_rev.num _database_pdb_rev.date _database_pdb_rev.date_original _database_pdb_rev.status _database_pdb_rev.replaces _database_pdb_rev.mod_type GOF GOF GOF # loop database_pdb_rev_record.rev_num _database_pdb_rev_record.type _database_pdb_rev_record.details 2 JRNL 3 VERSN # _pdbx_database_status.status_code REL _pdbx_database_status.entry_id GOF _pdbx_database_status.deposit_site _pdbx_database_status.process_site _pdbx_database_status.sg_entry. # loop audit_author.name _audit_author.pdbx_ordinal 'Ito, N.' 'Phillips, S.E.V.' 2 'Knowles, P.F.' 3 #

28 loop atom_site.group_pdb _atom_site.id _atom_site.type_symbol _atom_site.label_atom_id _atom_site.label_alt_id _atom_site.label_comp_id _atom_site.label_asym_id _atom_site.label_entity_id _atom_site.label_seq_id _atom_site.pdbx_pdb_ins_code _atom_site.cartn_x _atom_site.cartn_y _atom_site.cartn_z _atom_site.occupancy _atom_site.b_iso_or_equiv _atom_site.cartn_x_esd _atom_site.cartn_y_esd _atom_site.cartn_z_esd _atom_site.occupancy_esd _atom_site.b_iso_or_equiv_esd _atom_site.pdbx_formal_charge _atom_site.auth_seq_id _atom_site.auth_comp_id _atom_site.auth_asym_id _atom_site.auth_atom_id _atom_site.pdbx_pdb_model_num N N. L 2 C C. L 3 C C. L 4 O O. L 5 C CB. L 6 N N. SER 2 7 C C. SER 2 8 C C. SER 2 9 O O. SER 2 0 C CB. SER 2 O OG. SER 2 2 N N. L 3 3 C C. L 3 4 C C. L 3 5 O O. L 3 6 C CB. L 3 7 N N. PRO 4 8 C C. PRO 4 9 C C. PRO 4 20 O O. PRO 4 2 C CB. PRO 4 22 C CG. PRO 4 23 C CD. PRO 4 mmcif (つづき) L L L L L SER SER SER SER SER SER L L L L L PRO PRO PRO PRO PRO PRO PRO N C C O CB N C C O CB OG N C C O CB N C C O CB CG CD

29 mmcif超入門文脈自由文法(STR[Self-defining Text rchive and Retrieval]形式) タグとアノテーションの組タグは _ で始まるタグとアノテーションの組が複数ある場合には loop_ 構文で繰り返しを指定するタグの意味はmmCIF dictionary(str形式)で定義されている色々な種類のデータはカテゴリーによって分類整理されているカテゴリーの例 entity, struct, citation, citation_author, atom_site, chem_comp, cell,... 詳しくは

30 PDBML <xml version=".0" encoding="utf-8" > <PDBx:datablock datablockname="gof-noatom" xmlns:pdbx=" xmlns:xsi=" xsi:schemalocation=" pdbx-v32.xsd"> <PDBx:atom_sitesCategory> <PDBx:atom_sites entry_id="gof"> <PDBx:Cartn_transform_axes xsi:nil="true" /> <PDBx:fract_transf_matrix>0.0535</PDBx:fract_transf_matrix> <PDBx:fract_transf_matrix2> </PDBx:fract_transf_matrix2> <PDBx:fract_transf_matrix3> </PDBx:fract_transf_matrix3> <PDBx:fract_transf_matrix2> </PDBx:fract_transf_matrix2> <PDBx:fract_transf_matrix22>0.086</PDBx:fract_transf_matrix22> <PDBx:fract_transf_matrix23> </PDBx:fract_transf_matrix23> <PDBx:fract_transf_matrix3> </PDBx:fract_transf_matrix3> <PDBx:fract_transf_matrix32> </PDBx:fract_transf_matrix32> <PDBx:fract_transf_matrix33>0.0534</PDBx:fract_transf_matrix33> <PDBx:fract_transf_vector> </PDBx:fract_transf_vector> <PDBx:fract_transf_vector2> </PDBx:fract_transf_vector2> <PDBx:fract_transf_vector3> </PDBx:fract_transf_vector3> </PDBx:atom_sites> </PDBx:atom_sitesCategory> <PDBx:atom_sites_footnoteCategory> <PDBx:atom_sites_footnote id=""> <PDBx:text>CIS PROLINE - PRO 52</PDBx:text> </PDBx:atom_sites_footnote> <PDBx:atom_sites_footnote id="2"> <PDBx:text>CIS PROLINE - PRO 63</PDBx:text> </PDBx:atom_sites_footnote> <PDBx:atom_sites_footnote id="3"> <PDBx:text>CIS PROLINE - PRO 350</PDBx:text> </PDBx:atom_sites_footnote> </PDBx:atom_sites_footnoteCategory>

31 PDBML (つづき) <PDBx:atom_siteCategory> <PDBx:atom_site id=""> <PDBx:B_iso_or_equiv>34.65</PDBx:B_iso_or_equiv> <PDBx:B_iso_or_equiv_esd xsi:nil="true" /> <PDBx:Cartn_x>38.840</PDBx:Cartn_x> <PDBx:Cartn_x_esd xsi:nil="true" /> <PDBx:Cartn_y>0.236</PDBx:Cartn_y> <PDBx:Cartn_y_esd xsi:nil="true" /> <PDBx:Cartn_z>.02</PDBx:Cartn_z> <PDBx:Cartn_z_esd xsi:nil="true" /> <PDBx:auth_asym_id></PDBx:auth_asym_id> <PDBx:auth_atom_id>N</PDBx:auth_atom_id> <PDBx:auth_comp_id>L</PDBx:auth_comp_id> <PDBx:auth_seq_id></PDBx:auth_seq_id> <PDBx:group_PDB></PDBx:group_PDB> <PDBx:label_alt_id></PDBx:label_alt_id> <PDBx:label_asym_id></PDBx:label_asym_id> <PDBx:label_atom_id>N</PDBx:label_atom_id> <PDBx:label_comp_id>L</PDBx:label_comp_id> <PDBx:label_entity_id></PDBx:label_entity_id> <PDBx:label_seq_id></PDBx:label_seq_id> <PDBx:occupancy>.00</PDBx:occupancy> <PDBx:occupancy_esd xsi:nil="true" /> <PDBx:pdbx_PDB_ins_code xsi:nil="true" /> <PDBx:pdbx_PDB_model_num></PDBx:pdbx_PDB_model_num> <PDBx:pdbx_formal_charge xsi:nil="true" /> <PDBx:type_symbol>N</PDBx:type_symbol> </PDBx:atom_site> <PDBx:atom_site id="2"> <PDBx:B_iso_or_equiv>42.26</PDBx:B_iso_or_equiv> <PDBx:B_iso_or_equiv_esd xsi:nil="true" /> <PDBx:Cartn_x>38.356</PDBx:Cartn_x> <PDBx:Cartn_x_esd xsi:nil="true" /> <PDBx:Cartn_y>-0.999</PDBx:Cartn_y> <PDBx:Cartn_y_esd xsi:nil="true" /> <PDBx:Cartn_z>0.357</PDBx:Cartn_z> <PDBx:Cartn_z_esd xsi:nil="true" /> <PDBx:auth_asym_id></PDBx:auth_asym_id> <PDBx:auth_atom_id>C</PDBx:auth_atom_id> <PDBx:auth_comp_id>L</PDBx:auth_comp_id> <PDBx:auth_seq_id></PDBx:auth_seq_id> <PDBx:group_PDB></PDBx:group_PDB> <PDBx:label_alt_id></PDBx:label_alt_id> <PDBx:label_asym_id></PDBx:label_asym_id> <PDBx:label_atom_id>C</PDBx:label_atom_id> <PDBx:label_comp_id>L</PDBx:label_comp_id> <PDBx:label_entity_id></PDBx:label_entity_id> <PDBx:label_seq_id></PDBx:label_seq_id> <PDBx:occupancy>.00</PDBx:occupancy> <PDBx:occupancy_esd xsi:nil="true" /> <PDBx:pdbx_PDB_ins_code xsi:nil="true" /> <PDBx:pdbx_PDB_model_num></PDBx:pdbx_PDB_model_num> <PDBx:pdbx_formal_charge xsi:nil="true" /> <PDBx:type_symbol>C</PDBx:type_symbol> </PDBx:atom_site>

32 PDBML超入門文脈自由文法(XML) mmcifのカテゴリーに対応したxmlのタグ XML要素の型はPDBMLのXML Schemaで定義されているタグの意味はmmCIFから継承されている

33 まとめフォーマットの比較 PDB mmcif PDBML 形式フラットファイル STR XML データの完全性人が読みやすいプログラムで処理しやすい標準化 wwpdb IUCr,wwPDB W3C, wwpdb PDBフォーマットは基本的なデータを目で確認するには適しているがその他の用途には信頼性の面で問題があるプログラムで一貫して扱うのはほとんど不可能 mmcifは完全なデータが比較的目に易しい形で閲覧できるのが良いパーザライブラリ(C++) はRCSBから用意されているあるいは lex/yacc などで自作する PDBMLは適当なブラウザ(PDBjの Display 機能 Firefoxなど)がないと直接目で読むに耐えない一般的なXML処理ライブラリを用いることができる

34 演習課題１エントリー 0d を検索して以下のことを調べる発表された論文は実験手法は含まれる分子種は解像度もしあればは

35 演習課題２キーワード検索で aldehyde dehydrogenase を入力にして以下のことを調べる何件のエントリーがヒットするか Release date が最も古いエントリーはどれかその論文は何年に発表されたかそのエントリーは何年にPDBからリリースされたかその由来する生物種は何かその活性残基はどれか

36 演習課題３ PDBフォーマットとmmCIFを比べてみるエントリー gof を例にとる PDB, mmcifで release dateはそれぞれどこに書かれているか PDB, mmcifで登録者名はそれぞれどこに書かれているか PDB, mmcifで実験手法はそれぞれどこに書かれているか PDB, mmcifで由来する生物種(biological species)はそれぞれどこに書かれているか PDBの行はmmCIFのどこにどう対応するか

37 演習課題４ mmcifとpdbmlを比較してみる演習課題４と同じことをmmCIFとPDBMLで行うも参照 PDBMLには原子座標の部分だけを簡略化した extatom と呼ばれる形式もある PDBjのサイトでこれとmmCIFの対応する部分を比較せよ

38 演習課題５ PDBjのトップページから今週の更新情報を調べる今週新規に追加されたエントリーは何件あるかいくつか例を眺めてみる今週更新されたエントリーは何件あるかいくつか例を眺めてみて何度更新されたかを調べる database_pdb_rev カテゴリをみるとわかるどこが更新されたかを調べる database_pdb_rev_record カテゴリをみるとだいたいわかる

39 演習課題６ dvanced Searchを用いて以下のことを調べる Release dateが2000年１月１日以降のエントリーは何件あるか Release dateが999年2月３１日以前のエントリーは何件あるか

40 演習課題７ dvanced Searchを使って引用文献に関して調べてみる Walker, J.E. を著者に含むエントリーは何件あるかヒットしたものの中には一見して Walker, J.E. を含まないように見えるものもあるなぜか Primary citation only! ボタンをチェックして同じ検索をしてみる結果はどう変わるか雑誌 Nature に掲載されたエントリーは何件あるか雑誌 Science に２００５年に掲載されたエントリーはいくつあるか

41 演習課題８ dvanced Searchをつかう polypeptide(l) 要するに普通の蛋白質を含むエントリーは何件あるか polypeptide(d) のみを含むエントリーを検索するにはどうすればよいか蛋白質とDNの複合体を検索するにはどうすればよいか蛋白質 DN RNを含むエントリーは何件あるか RNと polysaccharide(d) の両方を含むエントリーはあるかその他色々な組み合わせを試してみる

42 演習課題９ dvanced Searchを使って蛋白質の名前で検索する Compound information に prion を入れて検索するヒットしたエントリーのサマリーページをいくつか眺めて prion という単語がどこに現れているかを観察する mmcifまたはpdbml-noatomを読んで prionという単語がどこに含まれているかを調べるどのタグか prion の代わりに oxidoreductase として同じことを試してみる

43 演習課題１０ dvanced Search Title に crystal と入力して検索前問と同じようにサマリーページと元ファイルを確認する他の単語でも試してみるたとえば DN complex

44 演習課題１１ PubMed にアクセスして Borhani DW [au] truncated human apolipoprotein 997 を検索する PubMed ID (PMID) をコピーする dvanced Searchで Other DB から PubMedを選び ID: の箱にPMIDをペーストして検索する PDB IDは何か Primary citation とpubMedでの検索結果を比較する PMIDはmmCIF/PDBMLのどこに記載されているか

45 演習課題１２ dvanced Search の Other DB から EC Number 酵素番号を選択する ID: の箱に... (alcohol dehydrogenase)を入力するヒットするエントリーは何件か EC番号は mmcif/pdbmlのどこに書かれているかついでにいくつかのエントリーで活性残基も調べてみる

46 演習課題１３ dvanced Search の Other DB から GO (gene ontology)を選択して ID: には何も入れずに検索してみる何件ヒットするかいくつかのエントリーで Functional Details ページを眺めてみる GO の ID はmmCIF/PDBMLのどこに書かれているか

47 演習課題１４ dvanced Search の Other DB から UniProt を選択して ID: には何も入れずに検索するこれでヒットするエントリーの例えば 0m のサマリーページを見るとページ下の方に UniProtへのリンクがあるこれをたどってこの蛋白質のアノテーションを調べてみる Functional Details ページ (PDBj)にgene ontologyのアノテーションはあるか対応する UniProt エントリーリンク先には gene ontology のアノテーションがあるか UniProtのID (P0285など)は mmcif/pdbmlのどこに書かれているか

48 演習課題１５前問と同様のことを GB (GenBank), EMBL および PIR でもやってみるそれぞれで最も最近リリースされたエントリーは何か (PIRは2002年にUniProtに併合された

49 演習課題１６ dvanced Search の Ligands and Prosthetic groups に TP と入力して検索するヒットしたエントリーのいくつかをサマリーページで確認し jv3でグラフィクス表示してどこに TP が結合しているかを確認する mmcif/pdbmlではどこに TP に関する記述があるか PDBフォーマットファイルではどうか TPの原子座標もみてみる蛋白質の原子座標の表記とどのように異なるか

50 演習課題１７前問と同様のことを色々なリガンド名で試してみる FD, ND, HEM, PO4 など PDB に含まれうるリガンド化合物は chemical component dictionary で定義されている詳しくは

51 演習課題１８ dvanced Searchの Numbers of chains and Chain length でポリマー分子の数上限下限とポリマー分子の長さ上限下限をいろいろ指定して検索してみるポリマーは蛋白質核酸などを含む例えば最低(min)１０分子のポリマーを含み長さが最大20ユニット残基塩基のポリマーを含むエントリーはポリマーとしては蛋白質のみを含みかつ二量体として解かれた構造はどうやって検索するか

52 演習課題１９ dvanced Searchの Experimental Technique にはどのような選択肢があるかそれぞれを選んで検索し何件ヒットするか確認するこの選択肢以外に登録されているデータは今のところない検索結果の絵をぱっと見て実験手法ごとにどのような傾向があるか考えてみる実験手法の情報はmmCIF/PDBMLのどこに記載されているか次に resolution (解像度)も指定してみる実験手法によっては解像度がないものもあることに注意ところが SOLUTION NMR で解像度 2.5Å以下と指定するとヒットするものがあるなぜか

53 演習課題２０ dvanced Searchの Source に生物種名を入れて検索するその蛋白質などが由来する生物種例 human, bos taurus, pyrococcusなど Host species に生物種名を入れて検索するその蛋白質などを精製するのに用いた生物種これらの情報はmmCIF/PDBMLのどこに記載されているか

PDB データの読み解き方 mmcif と PDBML 金城玲大阪大学蛋白質研究所 PDBj講習会 1

PDB データの読み解き方 mmcif と PDBML 金城玲大阪大学蛋白質研究所この講義の内容 PDB の新しいフォーマットの必要性 PDB の新しいフォーマットである mmcif その XML への直訳である PDBML mmcif と PDBML の基礎である PDBx 辞書これらの具体例 2 PDB の新フォーマット旧フォーマットはいわゆる PDB ファイルのフォーマットのこと

PDBのデータとその見方 探し方 PDBj講習会 金城玲 大阪大学蛋白質研究所

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