蛋白质结构预测与可视化

蛋白质结构预测

以一篇 nature 文章中做的 MPRIP 基因结构为例，走完一遍蛋白质结构预测与可视化比较
文章链接：RBFOX2 modulates a metastatic signature of alternative splicing in pancreatic cancer，其中 RBFOX2 调控的一个基因 MPRIP ，exon 23 跳过与否导致了不同的功能效果，于是作者对两种 form 的结构进行了比较。

获取蛋白结构

ensembl 中已知的转录本跳转 Uniprot

在 ensembl 中搜索 MPRIP 基因，选取需要的转录本，点击对应的 Uniprot 链接，跳转到 Uniprot；

点击导航栏 Structure 部分，跳转到 structure；
点击下载 .pdb 文件

Uniprot/PDB 搜索ID

根据 AF ID 到 AlphaFold Prot DB 获取已被预测的结构

Structural illustrations were generated with PYMOL, using predicted models of MPRIP on alphaFold: AF-Q6WCQ1-F1-model_v3_1 (Exon 23 included) and AF-B9EGI2-F1-model_v3 (Exon 23 excluded)

其中 Q6WCQ1 和 B9EGI2 就是 AF (AlphaFold) ID

alphafold 预测

• 在线使用 server: 搜索 alphafold colab 或者进入链接 alphafold colab。提醒：需要梯子。参考: 在线 AlphaFold 预测
• 安装 alphafold 到服务器。找一篇帖子跟着走 (需要 GPU)。

ESMFold 预测

• ColabFold. Run it directly in the browser on a Google Colab instance.
• 使用在线网页 the ESM Metagenomic Atlas web page, 或者用 curl: curl -X POST -K --data "KVFGRCELAAAMKRHGLDNYRGYSLGNWVCAAKFESNFNTQATNRNTDGSTDYGILQINSRWWCNDGRTPGSRNLCNIPCSALLSSDITASVNCAKKIVSDGNGMNAWVAWRNRCKGTDVQAWIRGCRL" https://api.esmatlas.com/foldSequence/v1/pdb/ 获取 PDB 文件.

使用 pymol 可视化

pymol 导入文件

• 直接导入本地的 .pdb 文件，load 1dn2.pdb
• 根据 PDB 中的 ID，进行获取，fetch 1dn2

pymol 的基本操作还是自己找攻略

学习资料：

• pymol 入门基础
• official command help
• core command
• PyMOL必备绘图技巧，从此游刃有余!
• pymol 选择器的语法参考，参考：pymol Selection Algebra

使用 pymol 一方面是常查手册、攻略，另一方面，利用右侧的 object menu (对象窗口)，每个对象有 A (Action) S (Show) H (Hide) L (Label) C (Color) 五个按钮，可以对相应对象完成一些操作，并且在实现这些操作时，会在 Feedback window 输出相应的 command line，查看这些 command line，也会帮助我们学习 command 实现操作。

比较蛋白结构

比较两个蛋白结构差异是很重要的手段，在 pymol 中可以通过 align (序列一致性低于 30% 时，使用 super 或者 cealign) 完成这项任务

• 使用PyMOL的Align进行蛋白结构叠合比对

RMSD用来表是蛋白质结构之间差异的参数，计算RMSD时，可以针对目标蛋白质(如: 所有的原子、骨干部份或只考虑 alpha 碳原子等等)。不同的标准，计算RMSD的数值会有所差异。

使用 chimera 寻找结构差异

distance matrix 是对3D结构比对的一个补充，可以很轻松的找到结构发生明显差异的区域，可以先用distance matrix 找出结构明显不同的地方，然后在3D图中找到这些区域，仔细观察氨基酸组成以及可能的活性差异机制。使用 chimera 的 RR Distance Maps 就可以进行计算。

Tools > Structure comparison > RR Distance Maps

PPI 互作分析：

可以使用 alphafold2-multimer 进行预测

An AlphaFold2 map of the 53BP1 pathway identifies a direct SHLD3–RIF1 interaction critical for shieldin activity

pymol 在 python 中的调用

Pymol中很常用的一个包是cmd，在Python脚本中需要调用cmd来实现一些在命令窗口直接输入的命令。

比如: PyMOL> select atom_c, name C这行命令在Python脚本中应写成cmd.select(‘atom_c’, ‘name C’)。

注：cmd.select(‘atom_c’, ‘name C’)可以在命令窗口中直接执行。

from pymol import cmd

pymol 安装

有建议是 这样安装:

conda install -c conda-forge -c schrodinger pymol-bundle

但安装完成后，运行时出现了很多问题，找到了 pymol open source github 里面 [issue}(https://github.com/schrodinger/pymol-open-source/issues/182) 提到：

I removed pymol with pip uninstall pymol and conda uninstall pymol.
Re-installed pymol with conda install -c conda-forge pymol-open-source

另外的 issue 也提到了该解决思路

操作步骤

1. 加载 pdb 文件: fetch 或 load （fetch 根据 pdb 的号，获取在线结构，load 加载本低文件）
2. 对 pdb object 进行操作，如 align