T-Zellrezeptor/Peptid/Haupthistokompatibilitätskomplex Interaktionsvisualisierung mittels JMol

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1 SSM3 Bioinformatik & Simulation Praktikumsanleitung und WEB-Ressourcen zu T-Zellrezeptor/Peptid/Haupthistokompatibilitätskomplex Interaktionsvisualisierung mittels JMol Dipl.-Ing. (FH) Dr. scient. med. Bernhard Knapp Ziel dieses Praktikums ist die Visualisierung eines TCRpMHC-Komplexes mittels eines Jmol-Applets sowie das Kennen lernen einiger Onlinedatenbanken. 1. Booten Sie Ihren PC und starten Sie den Browser Firefox mit Start/Programme/Firefox. 2. Sie finden das vor Ihnen liegende und am Beamer angezeigte Dokument online unter: 3. Öffnen Sie nun den Firefox-Webbrowser zusätzlich, ein weiteres Mal (ohne das schon angezeigte Fenster zu schließen) und geben sie die Adresse ein. 4. Tragen Sie in das Suchfeld die Kennung 1MI5 für das gewünschte Molekül ein und klicken Sie auf search (diese Bezeichnung ist eindeutig innerhalb der Datenbank, Sie können im Suchfeld natürlich beliebige Begriffe eingeben). Sie sehen nun Detailinformationen über die Erstellung der 3D-Kristallstruktur sowie die Röntgenstrukturanalyse (Auflösung, Kristallgitter, etc.).

2 5. Auf der Webseite befindet sich auch ein Hinweis auf die Publikation im Zusammenhang mit der Struktur 1mi5. Diese erschien im Journal IMMUNITY. Als nächstes werden wir herausfinden welchen Impact Factor dieses Journal besitzt. => => select a database => journal citation reports => Search for a specific journal => IMMUNITY eintippen => submit. Vergleichen Sie den Impact Factor mit anderen Ihnen bekannten Journalen. 6. Zurück zur PDB-Webseite: Um die 3D-Struktur nun zu visualisieren, klicken Sie auf den Link Jmol im Bild rechts (siehe oben). 7. Zur bequemen Handhabung des Viewers wählen Sie folgende Einstellungen: 7.1. Rechtsklick in das Molekül / console / open. Sie erhalten ein zusätzliches Fenster zur Eingabe von Kommandos. Verkleinern Sie das Browserfenster mit dem Molekül so weit, daß Sie beide Fenster (Molekül, Console) bequem nebeneinander anordnen können (sieh oben). 8. Zoomen: mit dem Mausrad oder mit Shift + linke Maustaste gedrückt halten + Mausbewegung. 9. Drehen: linke Maustaste gedrückt halten + Mausbewegung Mit der linken Maustaste können Sie aus der jeweiligen Position um zwei Achsen drehen, die in der Zeichenebene liegen Halten Sie Shift (=Großbuchstaben-Taste) gedrückt und gleichzeitig die linke Maustaste: Maus links-rechts: dreht Molekül um z-achse Maus rauf runter: zoom in / out. 10. Eine Dokumentation zu allen zu allen anderen Operationen und Befehlen von Jmol finden Sie unter Eine ausführliche Sammlung von Beispielen liegt auf Grafische Manipulation: Im Folgenden eine kurzer Auszug aus den wichtigsten Befehlen. Klicken Sie jeweils nachher auf EXECUTE oder drücken sie die Return-Taste. Alternativ können Sie auch mehrere Befehle (getrennt durch RETURN (oder Strichpunkte) eingeben und erst dann EXECUTE anklicken.

3 reset select all cartoons [on off] wireframe [on off] ribbons [on off] cpk [on off] color [amino chain cpk structure ] cpk n% color [red green blue yellow ] Startzustand herstellen Alles auswählen Schematische Darstellung Drahtmodell Darstellung des Protein-Backbone als Ribbon Van der Waals Radius Darstellung Farbe nach bestimmten Properties Raumfüllende Darstellung mit n% des Van der Waals Radius Farbe für aktuell ausgewählten Bereich wählen 12. Auswahl von einzelnen Substrukturen: Bevor Sie detaillierte und zielgerichtete Manipulationen durchführen, informieren Sie sich anhand der obigen Abbildung (MMDB Structure Summary), wie die Molekülstruktur in der Datenbank verfügbar ist. select all select *:A select 7-9:A Alles auswählen Kette A auswählen Nur AA 7 bis AA 9 von Kette A wählen select backbone and *:C Nur Kette C ohne Nebenketten Select * and within (5.0, *:C) Kette C mit Nachbarn im Abstand von 5.0A 13. Probieren Sie einige dieser Befehle aus 14. Öffnen Sie das plain text File der Struktur 1mi5 (auf der PDB-Seite das zweite Symbol neben dem Namen)

4 Welche Ketten sind vorhanden? Wie heißen Sie? Wie lautet die Aminosäuresequenz des Peptides das vom MHC präsentiert wird? 15. Öffnen Sie in einem neunen Fenster ihres Firefox die SYFPEITHI-Datenbank ( Klicken Sie auf Click here to continue und danach auf Find your motif epitope or ligand.

5 Wählen Sie im linken Menü den Eintrag HLA-B*08 und klicken Sie anschließend auf Do Query Was sind die Anker bzw. Hilfsanker für HLA-B*08? Finden Sie den Eintrag F L R G R A Y G L 16. Führen Sie nun in JMol folgende Befehle aus um die Ankeraminosäuren sichtbar zu machen. select all cartoons off select *:C color green wireframe on select 5:C or 9:C color red cpk on select *:A cartoons on background white

6 Ergebnis der Befehle (Komplex mit Maus rotiert) 17. Sie können die Grafik mit der Taste Druck (ev. als Kombination mit CTRL oder ALT verfügbar) in die Zwischenablage speichern und können sie mit einfügen in jede Applikation (Photoshop, Word, Powerpoint, ) kopieren. 18. Zusatzaufgabe für die besonders schnellen Arbeiter: Dieselbe Forschungsgruppe die die Struktur 1mi5 publiziert hat, hat auch ein eigenes Paper nur über den TCR des Komplexes veröffentlicht (ID 1kgc). Darin sind unter anderem die CDR Regionen (complementary determining regions) beschrieben. Visualisieren Sie diese mittels JMol. 19. Eine ausführliche Beschreibung von JMol finden Sie unter In der Tabelle auf der folgenden Seite finden Sie einen Auszug aus diversen Proteinvisualisierungswerkzeugen. Die meisten davon sind gratis bzw. open source und auch offline verwendbar.

7 Proteinvisualisierungswerkzeuge (Auszug) Name und URL des Tools Akademische Lizenzkosten Bemerkung RasMol Jmol Molsoft ICM-Browser VMD VEGA ZZ PyMol DeepView (Swiss-PdbViewer) Chimera AutoDockTools BALLView SYBYL light: pro: $99 nicht Mutter aller Viewer open source in Java (LGPL), online verfügbar, wurde in Übung verwendet erlaubt Markierung von Strukturen und zeigt diese in Sequenz an tolle Renderfunktion, Visualisiert Molekular Dynamik enthält Dockingtool EscherNG Phytontool Rekonstruiert missing sidechains, viele Modifikationen über eigene Skriptsprache Sehr viele edit-möglichkeiten Grafische Oberfläche für Dockingsoftware AutoDock Erlaubt Markierung einzelner Atome aus Sequenz, Performanceprobleme bei großen Molekülen Mol2-Format wurde von Tripos definiert