识别蛋白质数据库中的糖类型和化学修饰的甘聚糖阅读器

今天分享的是来自Oxford University Press的一篇“GlycanReader is improved to recognize most sugar types and chemical modifications inthe Protein Data Bank”。本文通讯作者是来自美国宾夕法尼亚州理海大学生物科学与生物工程学系的WonpilIm。

聚糖在许多基本的生物过程中起着中心作用。GlycanReader最初是基于原子坐标和连接信息，通过自动检测和注释糖和糖单元与蛋白质之间的糖苷键，简化对包含糖的蛋白质数据库文件的读取。碳水化合物在不同的位置可以有不同的化学修饰，使它们的化学空间更加多样化。但是目前的PDB文件并没有为大多数碳水化合物衍生物提供准确的注释，超过50%的PDB糖链至少有一种碳水化合物衍生物不能被原来的糖分子阅读器正确识别。结果:GlycanReader得到了改进，现在可以识别PDB中的大多数糖类型和化学修饰，并且支持PDB和PDBx/mmCIF格式。更新了CHARMM-GUI，生成仿真系统，输入大多数糖类型和化学修饰的各种糖偶联物。它还提供了一种新的功能，通过添加/删除/修改基化类型、糖类型、化学修饰、糖苷键和异常状态结构。

作为其输入生成模块的一部分，CHARMM-GUI为Glycan Reader提供了一个GUI，该GUI已经使用前面提到的新特性进行了更新和增加了新设计，这些新特性将在下面详细说明。注意,虽然作为一个独立模块存在于CHARMM-GUI,多糖读者也与其他功能模块作为PDB的一部分,允许用户轻松地生成分子模拟系统与碳水化合物或糖蛋白,并可视化糖蛋白表面静电势。当碳水化合物以PDB或PDBx/mmCIF格式包含在用户指定的PDB条目或上传的结构文件中时，glycan primary序列将以CASPER序列表示形式显示在PDB操纵页上。当用户点击特定糖链的编辑按钮时，会弹出一个新窗口，显示所选糖链的序列和符号表示。用户可以添加、移除或修饰糖的类型和异常状态(a和b)、糖苷键、糖基化类型和化学修饰。如果检测到糖是糖脂的一部分，则提供适当的脂质贴片，用户可以编辑脂质长度。首先从PDB结构中传递脂质尾的坐标，然后根据CHARMM内部坐标(IC)信息生成缺失的坐标。

图1. GlycanStructure.Org界面

从GlycanStructure.Org界面包括:(A) GlycanStructure.Org上的glycanReader。(B)当指定PDB条目或在(a)中上传结构时，将显示检测到的聚糖结构信息。(C)使用(B)中的“Search GFDB”按钮，将所选择的包括化学修饰在内的糖链信息转移到GFDB(glycan Fragment Database)中，搜索PDB中所选择的糖链结构。

图2. FGF-1单体与肝素类似物的MD模拟

使用肝素类似物与FGF-1蛋白复合物的MD模拟说明Glycan Reader在CHARMM-GUI中的应用，我们构建并模拟了FGF-1单体与硫酸肝素类似物在快速MD模拟器中使用默认选项。FGF-1属于成纤维细胞生长因子(FGF)家族，与硫酸肝素和FGFR受体结合，调节FGFs在调节细胞生长、存活、分化和迁移中的作用(Ornitz,2000)。我们使用PDB:2ERM中的所有20个NMR模型构建了20个独立的仿真系统，并使用NAMD (Phillips etal.，2005)和CHARMM力场，对每个系统进行100ns NPT，使用CHARMM-GUI提供的输入。FGF-1单体和肝素类似物在20个轨迹上的均方根偏差(RMSDs)表明，在100-ns MD模拟过程中，蛋白质-碳水化合物的良好相互作用产生了稳定的复杂结构。20个MD模拟和w糖苷角分布与最初20个核磁共振模型的分布一致。

文章链接：http://www.oxfordjournals.org/DOI:10.1093/bioinformatics/btx358

DOI：10.1093/bioinformatics/btx358