タンパク質構造の重ね合わせ

040507 S. Fushinobu

構造上の相同性がある２つのタンパク質構造を、least-square fit (最小二乗法)により重ね合わせる方法をいくつか解説。やりかたは他にも色々あるので、自分の好きな方法で行って下さい。

• ccp4のlsqkabを使う
• xfitのlsq fitを使う
• 構造アラインメントサーバを使う
• USFのlsqmanを使う

ccp4のlsqkabを使う

• ccp4にlsqkabというプログラムがあります(Kabshの方法に基づいたLeast-SQuareプログラム、という意味)
• ccp4iならば、Coordinate UtilitiesのSuperpose Moleculeで使える。
• 対応する残基のペアを記述するやり方（手動：面倒だけど厳密）
  • 対応関係（残基の数など）を厳密に合わせないといけない。
  • Chain IDを正しく入力するのを忘れずに
  • ClustalWなどを使ってアミノ酸配列のアラインメントをしてから一々入力（挿入／欠失に気をつけて）、結果のログファイルを見ながら、一定の距離(ex. 3.0Å：いわゆるcut off distanceですな)以上離れている残基ペアを抜きながら何度か繰り返す。
  • 活性部位を合わせるなら、保存されている活性残基ペアをいくつか記述する、という方法もあり、こっちの方がいい重ね合わせが得られる場合もある。
  • ログファイルのXYZ RMS differenceを見て、ちゃんと重ね合わせができているかを確認する。
• 回転・並進パラメータを入力するやり方
  • ccp4iのCoordinate Utilities→Superpose Moleculeでは回転角をα、β、γで記述せねばならない。
  • 回転を3x3 matrixで入力したいときには、Coordinate Utilities→Edit PDB File。
  • Daliの結果に入っているrot/trans matricesを使えば、簡単にそれなりの精度を持つ重ね合わせができる。

xfitのlsq fitを使う

• XtalViewのxfitには、lsq fitというのがあって、簡単に重ね合わせができる。（時々、なぜかできないこともある？）

構造アラインメントサーバを使う

• Matras, FATCAT のpairwise alignmentを使う。
  • FATCATにはrigidモードとflexibleモードがある。Flexibleモードを使えば、domain movementにも対応可能。オススメ。
• Dali も、Pairise alignmentを使えば同様の用途に使用可能。

USFのlsqmanを使う

• USFに行ってDejavuパッケージに入っているlsqmanをダウンロードしてくる。解凍すればexecutableが出てくるので、すぐに使えるはず。実行パーミッションをchmod +x filename、で与えて、そこにpathを通す（以上の作業は管理者が行っている場合もある）。
• 起動するには、linuxだとlx_lsqman、IRIXだと6d_lsqman。
• 以下の例に従って重ね合わせをする（対話式なので複雑に見えるが慣れれば簡単なのでおすすめ）。分からないところはマニュアルを見て下さい。
• 」：リターン/Enterの意

1. pdbの読み込み .... 重ね合わせに用いるタンパクのPDB fileを読み込み、それぞれにIDをつける（ここではm1に対して、m2を動かして重ね合わせを）
　
>read 」
>new mol ? (m9999) m1 」
>file name ? ( )  *1.pdb 」
　
>read 」
>new mol ? (m9999) m2 」
>file name ? ( )  *2.pdb 」
　
2. BRute force .... まずは粗い重ね合わせを探す
   
   brute_force 」
　
   Mol 1 ? (M2) m1 」
   Chain 1 ? (A) A 」
　
   Mol 1 ? (M2) m2 」
   Chain 1 ? (A) A 」
　
   Fragment length ? (50) 50 」  
.... 2つのタンパクのアライメントを見て、deletionとかがあまり入ってなくfragmentが長いときには50とかにすればいいみたいです。反対にdeletionが多いアライメントならばここの値を下げればいいです。
   Fragment step ? (25) 25 」
.... (step size for trying different fragments) fragment lengthの半分が通常らしい
Min nr or fraction of residues to match ? (100) 250 」
.... (the minimum number of matched residues between the two chains that make you happy) どのくらいの長さのfragmentが重なればうれしいか(希望)
　
   ここで流れるlogの中をみると良いこと(RMSD、rotation、translationなど)が書いてあります。 
　
3. IMprove .... BRuteで重ね合わせたものをさらに良くするため、2つのタンパクのアライメントなどを調べて、重ね合わせの基準を設定する。今回は *を用いてすべてのchainについて重ね合わせるようにした。
　
   improve 」
　
   Mol 1 ? (M1) m1 」
   Range 1 ? (A1-999) * 」
　
   Mol 2 ? (M2) m2 」
   Range 2 ? (A1-999) * 」
　
   ここでも流れるlogの中をみると良いこと(RMSD、rotation、translationなど)が書いてあるので、エディターなどを用いて保存しておくと良いと思います。（もしくは起動時にteeを使う） 
　
4. APply operator .... 自分のタンパクと重ね合わせたいタンパクを先ほどのパラメーターを用いて重ね合わせを行う。
　
    apply_operator 」
    Bring Mol 2 on top of Mol 1 ....
　
    Mol 1 (operator to use) ? (M1) m1 」
    Mol 2 (to be moved) ? (M1) m2 」
        m1に対して、m2を動かして重ね合わせをしろ！ということです。
　
5. WRite .... データの書き出し　(write molecule to PDB file)
　
    write 」
　
    which mol ? (M1) m2 」     .... 動いた分子はm2だから、m2のみを書き出せばOK！
    File name ? ( ) moved_m2.pdb 」   .... 任意に名前をつける。
　
6. 完了。