MolDrawタンパク質ビューアでPDBのタンパク質構造を3D表示する
要点：Structureの横のProteinタブを開き、1HHOなどの4文字のPDB IDを入力してGoを押します。構造が鎖ごとに色分けされたカートゥーンで読み込まれます。DisplayとSurfaceで表示を変え、配列の帯で残基を選択してスタイルを設定し、Exportで画像やファイルを保存します。ビューアは初期状態で有効になっており、アカウントは不要です。
なぜタンパク質を3Dで見るのか？
タンパク質の機能はその形に依存します。アミノ酸配列はヘリックスやシートに折りたたまれ、それらが溝やポケットのある三次元構造に詰め込まれます。低分子医薬品は、通常そのポケットの1つにはまり込んで働きます。こうしたことは配列や2Dの図からはまったく見えません。
Protein Data Bank（PDB）は、実験的に決定されたタンパク質、DNA、RNAの構造を集めた公開アーカイブです。各エントリーには、ヘモグロビンの1HHOのような4文字のIDがあります。MolDrawのタンパク質ビューアはこれらのエントリーを図の横に読み込むので、別のプログラムを開かずにリガンドからその標的へと移れます。
表示方法によって答えられる問いが異なります。カートゥーンは主鎖をたどって二次構造を示します。ヘリックスはらせん、βストランドは矢印です。スティックは個々の原子を示し、側鎖や結合部位の接触を見るのに必要です。表面は分子の外形を示し、ポケットや溝が見やすくなります。
ビューアの機能
| 読み込み | PDB IDを入力してGoを押すとRCSBから取得します。ローカルのPDBファイルならOpenを押すか、ファイルをビューアにドロップします。 |
|---|---|
| 表示 | Cartoon、Ribbon、Stick、Ball & stick、Sphere、Line、Cross。色分けはChain、Amino acid、Shapely、Secondary structure、Hydrophobicity、B-factor、Spectrumから選ぶか、任意の色を指定できます。不透明度も設定できます。 |
| 表面 | 表面の表示・非表示、SAS、SES、VDW、MSの選択、不透明度の設定。 |
| 配列の帯 | 各鎖の1文字表記の配列。残基を選択すると独自のスタイルを設定できます。 |
| エクスポート | GLB、PNG、JPG、PDB、SDF、XYZ、X3D、OBJ。Hi-resオプション付き。 |
タンパク質ビューアの入手方法
エディターを開かずにちょっと見たいときは、鎖ごとにスタイル・色・表示を設定できる単体のタンパク質構造ビューアがあります。
何もインストールする必要はありません。タンパク質ビューアは初期状態で有効になっており、アカウントなしで使えます。以前にオフにした場合は：
- MolDrawエディターを開きます。
- Settings（歯車）をクリックし、Pluginsをクリックします。
- Proteinsの横のInstallをクリックします。Structureの横にProteinタブが表示されます。
タンパク質の読み込みとスタイル設定の方法
- Proteinタブをクリックします。最初に小さな例の構造、クランビン（1CRN）が読み込まれます。
- IDボックスにPDB IDを入力し（例：
1HHO）、GoまたはEnterを押します。 - Displayを開きます。Cartoonのままで、ヘリックスとストランドを色分けするにはSecondary structureを、サブユニットを区別するにはChainを選びます。
- Surfaceを開いてShowを押し、下のカートゥーンが見えるように不透明度を下げます。
- 配列の帯で、残基を1つクリックするか、範囲をドラッグするか、Ctrl/Cmd+クリックで残基を追加・削除します。開いたスタイルパネルでStyleをStickにし、色を選びます。
- Exportを開き、大きな画像が必要ならHi-resにチェックを入れて、PNGを選びます。
授業や研究での活用法
- タンパク質の構造を教える：1HHOを読み込み、二次構造で色分けしてヘリックスを示します。次に鎖で色分けして、ヘモグロビンに4つのサブユニットがあることを示します。
- 疎水性コア：Hydrophobicityで色分けして、非極性残基がフォールドの内側に集まる傾向を示します。
- 創薬標的：SARS-CoV-2メインプロテアーゼの6LU7を読み込み、表面を追加して、阻害剤がどこに結合しうるかを議論します。
- 図の作成：カートゥーンを背景に重要な残基をいくつかスティックで表示し、スライドやレポート用に高解像度画像をエクスポートします。
- 次のステップ：タンパク質分子量計算ツールで鎖の質量を求めたり、PDB→PDBQTでドッキング用に受容体を準備したりできます。
ヒントと限界
- 最初に試すのにおすすめのID：1HHO（ヘモグロビン）、1BNA（B型DNA）、6LU7（SARS-CoV-2メインプロテアーゼ）、1GFL（緑色蛍光タンパク質）。
- スタイルを設定した選択範囲はそれぞれ独立した領域になるので、複数の部位を別々の色にできます。元に戻すには、スタイルパネルのRemove styleまたはClear selectionを使います。
- B-factorによる色分けは、モデル内で原子の位置がどれだけばらつくかを示します。値が高い部分は柔軟なループであることが多いです。
- 以前に保存した構造を開くには、パソコンから.pdbファイルをビューアにドラッグします。
IDでの取得には、ファイルがRCSBから来るのでインターネット接続が必要です。ビューアにはWebGLが必要で、ブラウザが対応していない場合はメッセージが表示されます。配列の帯にはアミノ酸残基だけが表示されるので、リガンド、水、核酸は現れません。PDBエントリーは実験に基づくモデルで、その品質は手法と分解能に依存します。これはエントリーのRCSBページで確認できます。
低分子を3Dで見たい場合は、分子を3Dで表示する方法をご覧ください。
質問と回答
タンパク質を見るのにアカウントは必要ですか？
いいえ。タンパク質ビューアは初期状態でインストールされており、サインインせずに使えます。
構造はどこから取得されますか？
PDB IDを入力してGoを押すと、プラグインはRCSB Protein Data Bankからエントリーをダウンロードします。パソコン上のPDBファイルを開くこともできます。
活性部位や数個の残基をハイライトするには？
ビューアの下にある配列の帯で残基を選択します。小さなスタイルパネルが開くので、スティック表示に切り替えたり、色を変えたり、表面を追加したりできます。
どのエクスポート形式がありますか？
Exportメニューには、GLB、PNG、JPG、PDB、SDF、XYZ、X3D、OBJがあります。大きな画像にするにはHi-resにチェックを入れます。