基于Uni-Fold的蛋白多聚体结构预测与评估

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。

获取Protein Sequence：

• 从RCSB网站直接下载。

• 已下载好的文件：rcsb_pdb_7BWJ.fasta

1. Protein Folding

1.1 入口

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

1.2 蛋白序列导入

• 在右侧出现的Protein Folding界面（红框内所示）中上传蛋白序列的fasta文件。

• 在“Calculation”栏，显示了预估的计算Balance消耗。

• Job Name处将该任务进行命名为 Fold_7BWJ 后，点击Submit提交任务。

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 Fold_7BWJ 任务 → 点击 Show。

• 蛋白预测结果显示于 3D Workspace 界面中。同时预测结构的置信度评价（pTM、ipTM和model confidence，分数越高，预测结构的置信度越高）和PAE分析（Predicted Aligned Error，数值越低，相应氨基酸位置的预测误差越小）也会显示在独立的Web页面。

  • pTM：predicted TM-score，估计内在模型精度
  • iPTM：Inerface pTM，隶属不同Chain的残基之间的精度
  • model confidence = 0.8 · ipTM + 0.2 · pTM

从PAE的分析来看，蛋白复合物预测的结构中，Antigen（Chain A）和Antibody（Chain B和Chain C）内部的误差较小，但是Antigen和Antibody之间的相对位置误差较大。蛋白复合物结构整体的置信度不算非常高（model confidence = 54.66）。这里需要说明的是，抗原抗体复合物的结构预测本身是一个比较复杂和困难的问题。

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。

• 在弹出的窗口中输入PDB ID：7BWJ，点击Import导入该蛋白质结构。推进使用Protein Preparation模块对导入的Protein进行Preparation。

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。

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Preparation好的7BWJ蛋白结构 → Select Structure窗口点击OK。

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Fold_7BWJ → 点击OK。

2.2.4 参数设置

• Next点击后进入参数设置页面，Alignment Atoms选择基于蛋白之间的MainChain进行比对，Residue的范围包括Chain H的ResID 50-200。Job Name处将该任务命名为7BWJ_Align，点击Submit提交该任务。

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 7BWJ_Align → 点击Operation下的操作 Show 展示该任务。

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。

• 经过蛋白结构比对，发现Uni-Fold预测的抗原抗体复合物的结构与原蛋白结构（PDB 7BWJ）中抗体结构（Align时选中的Reference）的RMSD值为1.67 Å，相似性较高。但抗原与抗体的相对位置有明显的差异（3D Workspace中左上区域），这与PAE的分析结果一致。