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[其它程序] Foldit standalone: 强大的交互式蛋白设计窗口

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发表于 2019-8-9 23:29:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 kunkun 于 2019-8-11 00:10 编辑
参考1: Foldit Standalone: a video game-derived protein structure manipulation interface using Rosetta.

警报: 多图预警!警报: 多图预警!警报: 多图预警!

一、前言

在蛋白设计领域里面,Foldit算是个家喻户晓的蛋白折叠游戏,甚至频频登上CNS。比如我们可以在朋友圈经常看到这样的标题之类的:

玩游戏也能发Nature:Foldit 玩家设计出全新蛋白质分子

【从头蛋白设计】全新蛋白结构发现——来自Foldit游戏玩家的创造力

玩好这个游戏,下一个发Nature的就是你了

(让人浮想联翩。下载后你就会发现自己连教程关都过不去。。)

有趣的是,掐指一算,Foldit已经有10岁了,但依然处于beta的状态。。



(回归正题)

但是除了游戏这个身份,其实Foldit还是Rosetta的一个重要交互窗口.

重要的事情说三遍:

  1. Foldit standalone不是用来玩游戏的!
复制代码
  1. Foldit standalone不是用来玩游戏的!
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  1. Foldit standalone不是用来玩游戏的!
复制代码

在蛋白设计方便的功能和便利性可谓远超各类“作图式”分子预览器(Pymol、VMD、RasMol…),除了常规操作蛋白分子,Foldit standalone还可以操作DNA、RNA以及底物小分子结构,同时还能随便移动和突变侧链结构,进行能量最小化等等。。

本文接下来将介绍如何入门使用Foldit standalone。

二、Foldit standalone的下载

感谢听雨|谦的下载与分享,此处提供了最新的windows、mac、linux三个操作平台的foldit standalone。

  1. windowds: 链接:https://pan.baidu.com/s/1c6SE5CzzWgr2eOXMEFIZBw  密码:f77z
  2. linux: 链接:https://pan.baidu.com/s/1oIuxuGu1h7w5XhNXhGUzjQ  密码:1w7w
  3. macos: 链接:https://pan.baidu.com/s/13hdBjyFYkGHcuyIxCdiPiw  密码:si7w
复制代码

注: Foldit standalone mac容易崩。。用windows版的就很稳定。


三、Foldit standalone的基本操作


下载之后,直接双击打开foldit standalone,我们将可以简洁明了地看到导入选项有两个,分别是导入PDB文件/FASTA文件以及foldit的Session文件。



然后加载随便一个PDB。。进入我们的教程之旅。

预处理的必要性

从数据库中读入的PDB文件最好事先预处理一下,避免未知错误导致的崩溃。。让程序预先自动判断二级结构:




3.1 显示界面设置

注: 一开始打开foldit standalone时,其操作界面和我们在foldit游戏中显示的不一样,它直接显示的是interface selection mode很不习惯。我们直接先按下键盘的“1” 切换回正常的foldit pull mode操作界面了。

Foldit standalone有着多样的显示方式,在底部菜单栏点开View即可进行对应的设置。默认的显式界面看起来与Pymol等有比较大的差异,可能会让人不太习惯,一般我喜欢这样设置,比较美观,同时还能显示各类的相互作用信息、氨基酸的得分、氨基酸的功能基团、蛋白的空腔、氨基酸侧链的立体构象冲撞、氢键相互作用等等,应有尽有。如果不清楚选项是什么意思,只要鼠标悬停就可以查看选项内容。



玩家可以根据自己的需要进行调整, 显式的类型与Pymol差不多,但是风格更偏向于卡通的感觉。。。具体的设置需要点开view设置。



熟悉快捷键是快速操作的基本途径(想象一下照相馆的工作人员快速操作PS时候的情景,咔咔咔。),比如一些常用的显示侧链快捷键:

  1. 显示全部的侧链结构: shift+A
  2. 显示CB原子: shift+T
  3. 隐藏全部侧链: shift+D
  4. 居中蛋白: Home

  5. **鼠标的滑轮可以放大缩小整个显示界面。
复制代码

除了基本的氨基酸化学结构和二级结构的显式,初学者还需要搞懂一些特殊的图标(动画)的含义, 都能指示出目前已有结构的一些小问题。比如:




3.2 基本操作方式


foldit standalone中有4种鼠标操作mode:



  • Pull Mode: 拖拽模式,编辑模式主要的操作方式。
  • Structure Mode: 二级结构快速调整模式
  • Note Mode: 标注模式
  • Design Mode: 突变模式


3.2.1 Pull Mode

Pull mode的快捷键是"1", 在这个强大的鼠标拖拽模式下,我们将会完成大量的操作工作!预览一下,我们对某个氨基酸的骨架点击右键功能非常的多。



我们将逐一介绍每个功能的用法:

1 调整氨基酸侧链

比如我要调整某个氨基酸的侧链排布或者骨架的构象,我们只需要直接拖拽操作。。即可,这个操作简直是Pymol完全不能比的实时调整。如果不知道怎么排布侧链比较好,直接双击侧链会有自动寻找最佳的侧链构象。




2 能量最小化

能量最小化当前的所有自由度,或侧链自由度。比如下图,两个色氨酸的侧链产生了立体构象的冲突,我们就可以使用能量最小化来优化它。在菜单栏的Actions中就有min_sidechain、min_backbone以及min_all的选项。




3 添加限制Constraints

如果我们想让某两个氨基酸的距离十分地近(添加距离限制),我们可以利用foldit中自带的constraint的功能。对着某个原子按下shitf键并拖拉至另外一个原子所在的地方,点击能量最小化,我们就能看到骨架向着我们定义的距离发生了变化。




如果需要取消限制, 或改变键长、调整限制约束的强度等,我们可以对着紫红色的键点击鼠标右键:



4 冻结原子和二级结构骨架

对着骨架按shift+鼠标左键即可冻结某个残基,shift+鼠标右键双击直接冻结相连的所有二级结构残基。冻结后,原子的坐标就不允许发生变化了。如果对着氨基酸侧链点击,那么就会冻结侧链不允许发生突变或则侧链重排。




如果需要删除所有的冻结和限制,点击菜单栏中Actions-Unfreeze Protein或Remove Constraint即可。



5 添加Cut切点

在骨架处生成一个切点(其实是改变foldtree),切开之后,两个部分的移动相互不干扰。

如果需要重新重新连接两个部分,需要把切点处的骨架原子移动地足够的近,然后点击cut处的连接线。此时两个部分重新变为一个整体。




6 Tweak调整 β-折叠片或α-螺旋

自旋转调整某一段螺旋结构:




自翻转某一段β折叠片的结构配对:




3.2.2 Design Mode

按下快捷键“4”进入Design Mode, 对要操作的氨基酸直接进行单点点突变设计,操作十分简单粗暴。




也可以直接在Actions中直接使用Mutate。对所有的非冻结的氨基酸侧链进行突变设计。



同时我们还可以通过Design Mode来限定Actions-Mutate的突变范围为疏水氨基酸或亲水氨基酸、或则特定的氨基酸类型范围(Rosetta-TaskOperation)等进行多点突变优化(FastDesign):




在此模式下,除了基本的突变以外, 还可以用来延长已有的二级结构的长度:





3.2.3 Structure Mode & BluePrint

Structure Mode 和 BluePrint都可以被用户调用来快速调整蛋白骨架的构象。

Structure Mode的快捷键是“2”, 这个模式下对可以改变骨架的二级结构状态。比如我想将一段结构的骨架变为螺旋状态: 切换Structure Mode,对骨架右键点击,assign helix,然后切换回pull mode,右键点击骨架,ideal SS,理想化二级结构操作即可。




Actions中BluePrint蓝图文件系统可以利用已知的氨基酸块来调整调整二级结构之间的连接Loop的构象:




3.2.4 Note Mode

Note Mode的快捷键是“3”,点击一个氨基酸,能对它进行标注。好像没啥用。。



3.2.5 Undo

Foldit中的Undo做的比Pymol不是好一点半点。除了ctrl+z快速返回上一步、ctrl+y 重复上一步操作以外,还可以让你从整个操作轨迹中,恢复到最佳得分的状态等(recover_low)



3.3 保存、导出与RosettaScript扩展




在Menu菜单栏中除了截屏、保存Session文件(下次打开还能继续设计)、导出PDB结构以外,我们还可以看到一些高级功能,比如使用导入我们自己写的RosettaScript(这里就不太多阐述)。

注: Selection Interface不太好用,有兴趣的朋友可以点开试试。

后记

  • 读了这篇教程,Foldit的教程关应该就能过了吧??!
  • 最后别忘了,任何的设计都是要尽量让你蛋白的Energy尽量地低。


enjoy it



PS: 更多关于Rosetta的资讯教程请关注: www.rosettastudy.cn
想加入Rosetta学习微信群的朋友们请将微信号发送至rosettastudy@163.com, 将有专人添加您微信邀请。




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ene + 5 属实方便,拿来搭结构非常好
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发表于 2019-8-10 07:46:52 | 显示全部楼层
有些图我这里显示不出来,比如3.2节开头的图,我看了连接是
  1. https://pic3.zhimg.com/80/v2-422976ba2d9b76bb37f124ee835f8c5e_hd.jpg
复制代码

,我直接访问也打不开
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 楼主| 发表于 2019-8-10 16:10:29 | 显示全部楼层
sobereva 发表于 2019-8-10 07:46
有些图我这里显示不出来,比如3.2节开头的图,我看了连接是
,我直接访问也打不开

谢谢sob老师提醒, 可能是知乎图片链接的问题,已经更换为我自己服务器的图片地址
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发表于 2019-8-10 21:40:47 | 显示全部楼层
百度盘的链接好像挂了

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 楼主| 发表于 2019-8-10 22:45:40 | 显示全部楼层
fhh2626 发表于 2019-8-10 21:40
百度盘的链接好像挂了

已经更新
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