Modellerによるmissing side chainの付加

環境: macOS Sierra 10.12, 3.3 GHz Intel Core i5, メモリ8 GB．
参考: bioinformatics > 構造予測 > MODELLER > 簡単な実行例 (2015.05.03)

PKCδ C1Bドメインの結晶構造1ptr.pdbは，LYS234, ARG273, そしてGLU274の側鎖が欠けています．また，MDシミュレーションのために，N末端とC末端にGLY残基を付加したい．以前は，Swiss-pdb viewerで簡単に出来ていましたが，macOS Sierraで起動しなかったので，PymolとModellerを使いました．

最近はホモロジーモデリングサーバーがWebに多くありますが，ローカルでもホモロジーモデリングが出来るようにMODELLER (version 9.17) をインストールして使います．

$ brew tap salilab/salilab
$ brew install modeller

Edit /usr/local/Cellar/modeller/9.17/modlib/modeller/config.py
and replace XXXX with your Modeller license key

Pymolで1PTRを開き，N末端のカルボニル炭素を選択 (control+中クリック or 右ダブルクリック) してから，menu > Build > Residue > Glycineを選択してGLY残基を付加．同様に，N末端の窒素原子を選択して，GLY残基を付加します (本当のシークエンスではPROです)．N末端に付加したGLY残基が周囲とぶつかっているので，手動で逃がしてあげます．

Mouse Modeを3-Button Editingに切り替えてから，control+右クリックで結合を選択します．表示されたホイールをドラッグして二面角を変化させました．File > Save Molecule > OK > 1PTR_patch.pdbとして保存．

1PTR_patch.pdbをテキストエディタで開き，亜鉛 (ZN) 原子とリガンド (PRB) の行をタンパク質の後ろに移動させて保存します．

 

次にModellerのためのアラインメントファイルを作成します．ホモロジーモデリングを行う時はタンパク質配列のアラインメントはClustal Omegaなどのサービスで行うことができます．今回は，側鎖の補完なので以下のようにしました．アラインメントファイル中のdot (.) はtemplate構造をコピーし剛体として扱うことを意味します．
align.pirを以下のように作ります.ホモロジーモデリングで亜鉛イオンを扱いたい時は，記号はzです．

>P1;TARGET
sequence:TARGET::::::::
G...K......................................RE......G...*
>P1;1PTR_patch
structureX:1PTR_patch:230:A:284:A::::
G...K......................................RE......G...*

計算を実行するためのスクリプトファイルmodel.pyを作ります．

from modeller import *
from modeller.automodel import *

log.verbose()
env = environ()

# Read in HETATM records from template PDBs
env.io.hetatm = True

a = automodel(env,
              alnfile  = 'align.pir',
              knowns   = '1PTR_patch',
              sequence = 'TARGET',
              assess_methods=(assess.DOPE,
                              #soap_protein_od.Scorer(),
                              assess.GA341))
a.starting_model= 1
a.ending_model  =10
a.make()

MODELLERを実行します．

$ mod9.17 model.py

今回はモデルを10個生成し，15秒程で計算が終わりました．model.logファイルの最後にモデルの評価値が書かれています．

>> Summary of successfully produced models:
Filename                          molpdf     DOPE score    GA341 score
----------------------------------------------------------------------
TARGET.B99990001.pdb          1105.60205    -3754.83594        1.00000
TARGET.B99990002.pdb          1112.45032    -3754.93115        1.00000
TARGET.B99990003.pdb          1102.25818    -3705.38794        1.00000
TARGET.B99990004.pdb          1112.61877    -3740.67261        1.00000
TARGET.B99990005.pdb          1100.41248    -3773.57837        1.00000
TARGET.B99990006.pdb          1110.39478    -3751.47119        1.00000
TARGET.B99990007.pdb          1108.92419    -3746.39502        1.00000
TARGET.B99990008.pdb          1109.27356    -3732.12354        1.00000
TARGET.B99990009.pdb          1099.53418    -3808.25830        1.00000
TARGET.B99990010.pdb          1100.34485    -3785.94385        1.00000

molpdfもDOPE scoreも値が低い程評価が高いことを意味します．今回は9番目のモデルがどちらの評価でも最低値でした．
PymolでTARGET.B99990009.pdbと鋳型の1PTR_patch.pdbを開いて構造を確認します (鋳型をstick表示，モデルをline表示)．LYS234, ARG273, そしてGLU274の側鎖が付加され，N末端およびC末端に付加したGLY残基もわずかに最適化されていました．

(了)