FPocketWeb: búsqueda de proteínas en un navegador web | Revista de quimioinformática

Uso de FPocketWeb

Pestaña de parámetros de entrada

Para ejecutar FPocketWeb, los usuarios solo necesitan visitar el sitio web de FPocketWeb [6]. Luego aparece la pestaña «Parámetros de entrada», que incluye las subsecciones «Archivo de entrada» y «Parámetros avanzados» (Fig. 1A, B). En la subsección «Archivo de entrada» (Fig. 1A), los usuarios pueden especificar el archivo de proteínas (formato PDB) para la búsqueda de bolsillo. Este archivo se abre localmente, pero nunca se carga en ningún servidor de terceros. Los usuarios también pueden hacer clic en el botón «Usar archivo de ejemplo» para cargar H. sapiens proteína de choque térmico 90 (Hsp90, PDB 5J2V [19]) para las pruebas. Los archivos cargados se muestran en la subsección «Vista previa de PDB» (no se muestra) usando el visor molecular 3Dmol.js [16].

La subsección «Parámetros avanzados» (Fig. 1B) permite a los usuarios especificar los mismos parámetros disponibles a través del fbolsillo ejecutable de línea de comandos para que puedan ajustar el método de búsqueda de bolsillo subyacente. Los interesados ​​en más detalles deben consultar el original fbolsillo manuscritos [1, 4]. FPocketWeb inicialmente oculta estos parámetros porque la mayoría de los usuarios preferirán usar los valores predeterminados. Una vez que esté listo, los usuarios pueden hacer clic en el botón «Iniciar FPocketWeb» (Fig. 1C) para iniciar la ejecución de FPocketWeb.

Pestaña Salida

FPocketWeb muestra la pestaña «Salida» una vez que finalizan los cálculos (Fig. 1). Esta pestaña incluye las subsecciones “Visualización” y “Bolsillos detectados”. La subsección «Visualización» muestra la proteína y las cavidades detectadas (Fig. 1C). Inicialmente, sólo el bolsillo con la mayor fbolsillo se muestra la puntuación. Cuando se ejecuta FPocketWeb en un dispositivo con una pantalla lo suficientemente ancha, aparece una lista de los bolsillos detectados a la derecha (no se muestra), lo que permite al usuario activar y desactivar fácilmente las visualizaciones de bolsillos individuales. La subsección «Casillas detectadas» (Fig. 1D) contiene una tabla con la salida detallada para cada cajera detectada, una cajera por fila. Inicialmente, solo se muestran la puntuación, la puntuación de drogabilidad, la cantidad de esferas alfa y el volumen, pero la opción «Mostrar detalles» permite a los usuarios mostrar todos los demás fbolsillo métricas para cada bolsillo detectado. Los usuarios también pueden cambiar el color utilizado para visualizar cada bolsillo.

La subsección «Archivos de salida» (que no se muestra) permite a los usuarios ver el archivo PDB de salida de FPocketWeb, que incluye la estructura de la proteína original y todos los bolsillos detectados. Los usuarios pueden presionar el botón «Descargar» para guardar el archivo. Finalmente, la subsección «Ejecutar Fpocket desde la línea de comandos» (que tampoco se muestra) proporciona un fragmento de código para que los usuarios puedan ejecutar fbolsillo desde la línea de comandos con los mismos parámetros de FPocketWeb utilizados en el navegador.

Puntos de referencia y compatibilidad

Realizamos cálculos de referencia en una computadora portátil Linux (HP Pavilion 15.6 «) con Fedora 34 (procesador Intel Core i7 de 1.3 GHz y memoria DDR4 de 16 GB a 2400 MHz) para comparar FPocketWeb y la línea de comandos. fbolsillo (Tabla 1). Los dos programas tuvieron tiempos de ejecución comparables y produjeron puntajes, puntajes de drogabilidad, números de esferas alfa y volúmenes idénticos. Después de estos puntos de referencia iniciales, probamos más FPocketWeb en las combinaciones de navegador/sistema operativo que se muestran en la Tabla 2. La aplicación es compatible con los sistemas operativos de escritorio y móviles, así como con todos los principales navegadores (por ejemplo, Chrome, Edge, Safari y Firefox). ).

Tabla 1 FPocketWeb/fbolsillo puntos de referencia
Tabla 2 Compatibilidad del navegador

Ejemplo de uso: TEM-1 β-lactamasa

Como demostración de uso, primero consideramos TEM-1, una β-lactamasa bacteriana. TEM-1 contribuye a la resistencia a la penicilina y cefalosporina en bacterias Gram-negativas [24] hidrolizando el anillo de cuatro carbonos común a todos los antibióticos betalactámicos. Aparte del bolsillo ortostérico donde se hidroliza el anillo, un bolsillo críptico alostérico descubierto recientemente [25,26,27,28] está contraído y oculto (ID de PDB: 1FQG [29]) a menos que co-cristalice con un ligando unido (PDB ID: 1PZP [28]). TEM-1 se usa a menudo para comparar herramientas computacionales para la identificación de bolsillos crípticos [25, 30, 31].

Aplicamos FPocketWeb a estructuras cristalinas TEM-1 con (Z)-3-[(4-phenylazanylphenyl)amino]-2-(2H-1,2,3,4-tetrazol-5-il)prop-2-enonitrilo (FTA, PDB ID: 1PZP [28]) y penicilina G (formulario abierto; PDB ID: 1FQG [29]) atado en los bolsillos alostéricos y ortostéricos, respectivamente. Primero usamos FPocketWeb para eliminar todos los átomos que no son proteínas antes de detectar bolsillos en las superficies de proteínas.

Este análisis muestra el impacto dramático que tiene el inhibidor alostérico FTA en la estructura TEM-1. El bolsillo mejor clasificado detectado cuando aplicamos FPocketWeb a la estructura vinculada a FTA (ID de PDB: 1PZP [28]) abarcó los sitios alostéricos y ortostéricos (Fig. 2A), con un volumen total de 2161 Å3. Por el contrario, el bolsillo alostérico no se detectó cuando aplicamos FPocketWeb a la estructura unida a la penicilina (PDB ID: 1FQG [29]) porque el bolsillo alostérico estaba desocupado y colapsado. Incluso el bolsillo ortostérico ocupó el quinto lugar (Fig. 2B, 350 Å3).

Figura 2
Figura 2

Capturas de pantalla de FPocketWeb aplicado a TEM-1. Un TEM-1 cuando el ligando FTA está unido en el sitio alostérico (PDB ID: 1PZP). La bolsa mejor clasificada, que se muestra en representación de superficie, abarca las bolsas alostéricas y ortostéricas, marcadas con una daga y una daga doble, respectivamente. B TEM-1 cuando la penicilina G (forma abierta) se une al sitio ortostérico (PDB ID: 1FQG). El bolsillo clasificado en quinto lugar, que se muestra en representación de superficie, corresponde al bolsillo ortostérico (doble daga). No se detectó la bolsa alostérica porque está colapsada.

Ejemplo de uso: influenza neuraminidasa

Como segunda demostración de uso, consideramos el bolsillo enzimático de la neuraminidasa de influenza (N1). N1 es una exosialidasa que previene la agregación de partículas virales recién formadas en superficies de células infectadas [32]. El bolsillo enzimático N1 primario [33, 34] es persistente incluso en ausencia de un ligando unido. Pero un «bucle 150» adyacente al bolsillo flexible [35,36,37] permite una extensión de bolsillo (la cavidad de 150) que se colapsa en muchas estructuras de cristal. Otros han diseñado inhibidores N1 que aprovechan esta cavidad [38].

Fig. 3
figura 3

Capturas de pantalla de FPocketWeb aplicado a la neuraminidasa de influenza. A Neuraminidasa cuando la cavidad 150 está abierta (PDB ID: 2HTY). El bolsillo mejor clasificado, que se muestra en representación de superficie blanca, abarca la cavidad 150 (marcada con una daga). El bolsillo clasificado en quinto lugar, que se muestra en representación de superficie roja, corresponde al sitio de unión del ácido siálico (marcado con una doble daga). B Neuraminidasa cuando la cavidad 150 está cerrada (PDB ID: 2HU4). El bolsillo mejor clasificado, que se muestra en una representación de superficie blanca, abarca el sitio de unión del ácido siálico (marcado con una doble daga).

Aplicamos FPocketWeb a estructuras cristalinas N1 en abierto (PDB ID: 2HTY [37]) y cerrado (ID PDB: 2HU4 [37]) conformaciones de 150 cavidades. Nuevamente eliminamos cualquier átomo que no fuera de proteína antes de detectar bolsillos en las superficies de proteína. El bolsillo mejor clasificado detectado cuando aplicamos FPocketWeb a la estructura de 150 cavidades abiertas incluía la cavidad de 150 (Fig. 3A, marcada con una daga y mostrada como una superficie blanca, 911 Å3). El bolsillo clasificado en quinto lugar correspondía al sitio de unión del ácido siálico conocido (Fig. 3A, marcado con una daga doble y mostrado como una superficie roja, 491 Å3). Por el contrario, cuando aplicamos FPocketWeb a la estructura cerrada de 150 cavidades, no se detectó la de 150 cavidades. El bolsillo mejor clasificado incluía el sitio de unión del ácido siálico conocido (Fig. 3B, marcado con una daga doble, 1142 Å3).

Limitaciones

en la compilación fbolsillo a Wasm, también compilamos los programas relacionados especificados en el mismo archivo MAKE, incluidos mdbolsillo (una herramienta para analizar conformaciones de bolsillo muestreadas por simulaciones de dinámica molecular), bolsillo (una herramienta para extraer descriptores de bolsillo fisicoquímicos), y bolsillo (una herramienta para evaluar funciones de puntuación de cavidades). Sin embargo, posteriormente centramos nuestra implementación y pruebas basadas en la web en fbolsillo solo. Implementar mdbolsillo como aplicación de navegador también es atractiva, pero requeriría cargar una trayectoria MD completa en la memoria del navegador, lo que actualmente no es práctico. Para aquellos interesados ​​en usar una versión en línea de mdbolsillorecomendamos el original fbolsillo aplicación de servidor útil de los creadores, que permite a los usuarios cargar sus archivos de trayectoria y ejecutar mdbolsillo en las nubes [4].

Otra limitación es que FPocketWeb solo acepta archivos en formato PDB. El original fbolsillo3 ejecutable usa el complemento molfile [8] para cargar archivos de estructura y trayectoria en muchos formatos. En algunos casos (p. ej., el formato netCDF), el complemento molfile aprovecha otras bibliotecas con muchas dependencias. Dado que PDB es el de facto estándar para estructuras de proteínas estáticas y que FPocketWeb no está diseñado para trabajar con archivos de trayectoria (es decir, no implementa mdbolsillo), optamos por centrarnos únicamente en el formato PDB. Los usuarios con archivos en otros formatos pueden convertirlos fácilmente al formato PDB usando programas como VMD [2] y Babel Abierta [39].

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