Modelado comparativo y MODELLER

En la sección anterior ya hemos modelado proteínas y péptidos, pero sin tocar el esqueleto peptídico. En ésta vamos más allá y veremos un protocolo general de modelado comparativo de proteínas, el que se usa cuando no conocemos una estructura molecular pero sí la de proteínas similares en secuencia.

Para ello empezamos por este artículo de (Fiser & Sali, 2003), disponible aquí. Otros artículos relevantes en este campo podrían ser (Contreras-Moreira et al., 2005) y (Zhang & Skolnick, 2005).

El ejercicio de hoy implica el programa MODELLER (Sali & Blundell, 1993), disponible sin costo para usuarios académicos, que ya está instalado en el sistema como /home/bioinfo/bin/modeller8v1/bin/mod8v1 . El programa tiene múltiples opciones y utilidades, aquí veremos su uso fundamental para construir modelos comparativos. Vamos a hacerlo paso a paso:

• vamos a tratar de modelar la estructura del regulador transcripcional de Escherichia coli FNR
• trata de encontrar, por ejemplo usando PSI-BLAST, secuencias similares (probablemente homólogas) cuya estructura esté en el PDB
• alinea la secuencia de FNR con la de alguno de sus posibles moldes y crea un archivo con extensión .ali:

  C; A sample alignment in the PIR format; used in tutorial
  >P1;5fd1
  structureX:5fd1:1    : :106  : :ferredoxin:Azotobacter vinelandii: 1.90: 0.19
  AFVVTDNCIKCKYTDCVEVCPVDCFYEGPNFLVIHPDECIDCALCEPECPAQAIFSEDEVPEDMQEFIQLNAELA
  EVWPNITEKKDPLPDAEDWDGVKGKLQHLER*
  >P1;1fdx
  sequence:1fdx:1    : :54   : :ferredoxin:Peptococcus aerogenes: 2.00:-1.00
  AYVINDSC--IACGACKPECPVNIIQGS--IYAIDADSCIDCGSCASVCPVGAPNPED-----------------
  -------------------------------*
  

• asegúrate de conseguir un archivo con las coordenadas PDB del molde utilizado (secuencia y numeración deben coincidir con el alineamiento)
• genera un guión (script) para MODELLER ( .py), como éste:

  # Homology modelling by the automodel class
  
  from modeller.automodel import *    # Load the automodel class
  
  log.verbose()    # request verbose output
  env = environ()  # create a new MODELLER environment to build this model in
  
  # directories for input atom files
  env.io.atom_files_directory = './'
  
  a = automodel(env,
                alnfile  = 'alignment.ali',     # alignment filename
                knowns   = '5fd1',              # codes of the templates
                sequence = '1fdx')              # code of the target
  a.starting_model= 1                 # index of the first model
  a.ending_model  = 1                 # index of the last model
                                      # (determines how many models to calculate)
  a.make()                            # do the actual homology modelling
  

• ahora ejecuta MODELLER: /home/bioinfo/bin/modeller8v1/bin/mod8v1

• si te sobra tiempo, puedes ver aquí como se construye un modelo con varias estructuras molde

En ocasiones una búsqueda de secuencias con BLAST u otra herramienta similar no es suficiente para encontrar estructuras molde para el modelado. En esos casos podemos probar a hacer una búsqueda más sofisticada, de reconocimiento de plegamientos (fold recognition o threading en inglés). Herramientas como BIOINFO.PL:META pueden a veces encontrar moldes adecuados para el modelado.