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Protein Folding——基于Uni-Fold的单体蛋白结构预测与评估

导言​

Hermite平台中的Uni-Fold模块，首次成功复现了AlphaFold2的全规模训练，可实现蛋白质单体及蛋白多聚体的结构预测。在本教程中，您将学习使用Uni-Fold模块实现蛋白质多聚体的结构预测，并通过调用Hermite中的Protein Alignment模块，进行预测结构与真实实验结构的比对，评价蛋白质结构预测的准确性。

4PYP是人类葡萄糖转运体GLUT1的晶体结构，分辨率为3.2 Å。葡萄糖转运体GLUT1催化葡萄糖扩散到红细胞，并负责向大脑和其他器官供应葡萄糖。功能失调的突变可能导致GLUT1缺乏综合征，而GLUT1的过表达是癌症的预后指标。本教程以4PYP为例，基于该蛋白序列实现其结构的预测，并评价结果的准确性。

本教程所需数据如下：

> 4PYP_1|Chain A|Solute carrier family 2, facilitated glucose transporter member 1|Homo sapiens（9606） MEPSSKKLTGRLMLAVGGAVLGSLQFGYNTGVINAPQKVIEEFYTQTWVHRYGESILPTTLTTLWSLSVAIFSVGGMIGSFSVGLFVNRFGRRNSMLMMNLLAFVSAVLMGFSKLGKSFEMLILGRFIIGVYCGLTTGFVPMYVGEVSPTALRGALGTLHQLGIVVGILIAQVFGLDSIMGNKDLWPLLLSIIFIPALLQCIVLPFCPESPRFLLINRNEENRAKSVLKKLRGTADVTHDLQEMKEESRQMMREKKVTILELFRSPAYRQPILIAVVLQLSQQLSGINAVFYYSTSIFEKAGVQQPVYATIGSGIVNTAFTVVSLFVVQRAGRRTLHLIGLAGMAGCAILMTIALALLEQLPWMSYLSIVAIFGFVAFFEVGPGPIPWFIVAELFSQGPRPAAIAVAGFSNWTSNFIVGMCFQYVEQLCGPYVFIIFTVLLVLFFIFTYFKVPETKGRTFDEIASGFRQGGASQSDKTPEELFHPLGADSQVLEHHHHHHHHHH

1. Protein Folding​

1.1 入口​

  • 左侧通用菜单栏Function → Structure Modeling → Protein Folding。

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1.2 蛋白序列导入​

  • 在右侧出现的Protein Folding界面（红框内所示）中输入蛋白序列。将4PYP的序列粘贴至Chain A的输入框中。

  • Job Name处将该任务进行命名为 4PYP_Uni-Fold 后，点击Submit提交任务。

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1.3 结果查看​

  • 点击左侧通用菜单栏的Job → 在弹出的Job List界面处找出 4PYP_Uni-Fold 任务 → 点击 Show。

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  • 蛋白预测结果显示于 3D Workspace 界面中，预测的Uni-Fold_4PYP结构的pLDDT得分和 distance map 图显示该结构具有较高的置信度。pLDDT 打分越高，说明此氨基酸预测越准确。

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2. Protein Alignment​

2.1 将蛋白结构导入3D Workspace窗口​

  • 在同一个 Project中，点击左侧通用菜单栏File → Get PDB。

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  • 在弹出的窗口中输入PDB ID：4PYP，点击Import导入该蛋白质结构。

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2.2 调用Protein Alignment模块​

2.2.1 入口​

  • 调用Protein Alignment 模块比对蛋白结构：左侧通用菜单栏Function → General → Protein Alignment。

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2.2.2 参考蛋白结构导入​

  • 界面右侧出现的Protein Alignment操作窗口，首先导入参考蛋白结构：点击Select Structure，弹出Select Structure窗口 → 在Structure Hierarchy内选中4PYP蛋白结构 → Select Structure窗口点击OK。

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2.2.3 需比对蛋白结构导入​

  • Next点击后进入比对蛋白的选择窗口，导入需要比对的蛋白结构：点击Select from Project，弹出Select from Project窗口 → 在Select from Project窗口中选择4PYP_Uni-Fold → 点击OK。

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2.2.4 参数设置​

  • Next点击后进入参数设置页面，Alignment Atoms选择Cα从而基于蛋白之间的α-碳原子进行比对。由于无特殊的比对需求，因此跳过Select Binding Site的参数设置。Job Name处将该任务命名为4PYP_PA，点击Submit提交该任务。

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2.3 结果分析​

2.3.1入口​

  • 左侧通用菜单栏Job → 在弹出的Job List窗口中找到任务 4PYP_PA → 点击Operation下的操作 Show 展示该任务。

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2.3.2结果展示与说明​

  • 蛋白结构的叠合图像结果显示于3D Workspace窗口，界面右侧出现Protein Alignment Result窗口显示蛋白的比对结果。

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  • 经过蛋白结构比对，发现Uni-Fold预测的单体蛋白4PYP的结构与原蛋白结构的RMSD值为0.67 Å，相似性高，说明Uni-Fold能很好地预测4PYP的蛋白结构。

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