هومولوژی مدلینگ با نرم افزار MODELLER

مقدمه‌ای بر هومولوژی مدلینگ با نرم افزار MODELLER

هومولوژی مدلینگ یکی از روش های پیش بینی ساختار محاسباتی است که برای تعیین ساختار سه بعدی پروتئین از توالی اسید آمینه آن استفاده می شود. این روش دقیق ترین روش پیش بینی ساختار محاسباتی در نظر گرفته می شود. هومولوژی مدلینگ شامل چندین مرحله است که ساده و کاربردی هستند.

ابزارها و سرورهای زیادی برای هومولوژی مدلینگ استفاده می شود. هیچ برنامه یا سرور مدلسازی واحدی وجود ندارد که از هر نظر بر دیگری برتری داشته باشد. از آنجایی که عملکرد مدل به کیفیت ساختار سه بعدی پروتئین تولید شده بستگی دارد، به حداکثر رساندن کیفیت هومولوژی مدلینگ بسیار مهم است.

هومولوژی مدلینگ کاربردهای زیادی در فرآیند کشف دارو دارد. از آنجایی که داروها با گیرنده هایی که عمدتا از پروتئین تشکیل شده اند تعامل دارند، تعیین ساختار سه بعدی پروتئین و بنابراین هومولوژی مدلینگ در کشف دارو مهم است.

بر این اساس، با استفاده از ساختارهای سه‌بعدی پروتئین‌ها که با هومولوژی مدلینگ ساخته شده‌اند، برهمکنش‌های پروتئینی شفاف‌سازی شده است. این به شناسایی کاندیدهای دارویی جدید کمک می کند. هومولوژی مدلینگ نقش مهمی در کشف دارو سریع‌تر، آسان‌تر، ارزان‌تر و کاربردی‌تر دارد. با معرفی روش‌ها و ترکیب‌های مدل‌سازی جدید، دامنه کاربردهای آن گسترده‌تر می‌شود.

نرم افزار Modeller برای همسانی یا مدل سازی مقایسه ای ساختارهای سه بعدی پروتئین استفاده می شود. کاربر یک تراز از یک توالی را برای مدل سازی با ساختارهای مرتبط شناخته شده ارائه می دهد و نرم افزار Modeller به طور خودکار مدلی را که شامل تمام اتم های غیر هیدروژن است محاسبه می کند.

نرم افزار Modeller مدل‌سازی ساختار پروتئین مقایسه‌ای را با رضایت از محدودیت‌های فضایی پیاده‌سازی می‌کند و می‌تواند بسیاری از وظایف اضافی از جمله مدل‌سازی de novo حلقه‌ها در ساختارهای پروتئینی، بهینه‌سازی مدل‌های مختلف ساختار پروتئین با توجه به یک تابع هدف انعطاف‌پذیر تعریف شده، هم ردیف سازی چند تایی توالی ها و یا ساختارهای پروتئین، خوشه‌بندی، جستجوی پایگاه‌های داده توالی، مقایسه ساختارهای پروتئین، و غیره را انجام دهد. نرم افزار Modeller برای اکثر سیستم‌های یونیکس/ لینوکس، ویندوز و مک برای دانلود در دسترس است.

چندین رابط گرافیکی برای Modeller به صورت تجاری در دسترس هستند. همچنین منابع و افراد زیادی از Modeller در رابط های گرافیکی یا وب یا سایر فریم ورک ها استفاده می کنند.

همانطور که گفته شد نرم افزار Modeller یک برنامه کامپیوتری است که برای مدل‌سازی هم برای تولید مدل‌های ساختارهای سوم پروتئین و به ندرت ساختارهای چهارم استفاده می‌شود. نرم افزار Modeller روشی را با الهام از طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای پروتئین‌ها (NMR) اجرا می‌کند که توسط آن مجموعه‌ای از معیارهای هندسی برای ایجاد یک تابع چگالی احتمال برای مکان هر اتم در پروتئین استفاده می‌شود.

این روش متکی بر یک تراز توالی ورودی بین توالی اسید آمینه هدفی است که باید مدل‌سازی شود و یک پروتئین الگو که ساختار آن مشخص است. این برنامه همچنین دارای توابع محدودی برای پیش‌بینی ساختار اولیه نواحی حلقه‌ای از پروتئین‌ها است که اغلب حتی در بین پروتئین‌های همولوگ بسیار متغیر هستند و بنابراین پیش‌بینی با هومولوژی مدلینگ دشوار است.

نرم افزار Modeller در حال حاضر توسط آندری سالی در دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو نگهداری می شود. نرم افزار Modeller بر روی سیستم عامل های یونیکس، لینوکس، macOS  و ویندوز اجرا می شود. این نرم افزار رایگان برای استفاده دانشگاهی است. رابط های گرافیکی کاربر (GUI) و نسخه های تجاری توسط Accelrys توزیع می شوند. وب سرور مدل سازی ساختار پروتئین مقایسه ای ModWeb مبتنی بر Modeller و ابزارهای دیگر برای مدل سازی خودکار ساختار پروتئین است. با توجه به محبوبیت Modeller چندین رابط کاربری گرافیکی شخص ثالث برای Modeller در دسترس است:

EasyModeller یک نرم افزار رایگان است و یکی از اولین رابط های گرافیکی شخص ثالث برای Modeller است. نسخه اخیر (EasyModeller 4.0) از سیستم عامل لینوکس و ویندوز پشتیبانی می کند.

UCSF Chimera یک رابط ساده برای Modeller دارد.

PyMod یک افزونه رایگان و open source برای PyMOL است و یک رابط جامع برای Modeller دارد که از لینوکس، ویندوز و macOS پشتیبانی می کند.

MaxMod یک رابط کاربری گرافیکی مستقل برای Modeller در ویندوز است.

با شرکت در دوره کارآموزی طراحی دارو ژنیران، دانش خود را درباره هومولوژی مدلینگ با نرم افزار MODELLER افزایش دهید:

دوره مهارت آموزی طراحی دارو

منابع:

1. Webb, A. Sali. Comparative Protein Structure Modeling Using Modeller. Current Protocols in Bioinformatics 54, John Wiley & Sons, Inc., 5.6.1-5.6.37, 2016.
2. A. Marti-Renom, A. Stuart, A. Fiser, R. Sánchez, F. Melo, A. Sali. Comparative protein structure modeling of genes and genomes. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 29, 291-325, 2000.
3. Sali & T.L. Blundell. Comparative protein modelling by satisfaction of spatial restraints. J. Mol. Biol. 234, 779-815, 1993.
4. Fiser, R.K. Do, & A. Sali. Modeling of loops in protein structures, Protein Science 9. 1753-1773, 2000.