2.6. PDBを用いた立体構造データベースの検索

PDBには、タンパク質のX線結晶構造解析、NMRなどで得られた3次元座標データ、アミノ酸配列と二次構造の情報、文献情報、そのほか、熱ゆらぎに関する情報や解像度などが記載されている。またDNA、RNAなどの核酸の立体構造や、複数の分子の複合体の立体構造なども登録されている。

• PDB（http://www.rcsb.org/）
  RCSB（Research Collaboratory for Structural Bioinformatics）が公開しているタンパク質構造データベース。1971年、Brookhaven National Laboratoryに設立された。1980年代に入り、X線結晶構造解析の技術の向上、情報公開の流れに伴い、データ数が急増。1990年代に入って、主要雑誌がPDB登録番号の掲載を義務づけ、一部グラント取得にもPDBへの登録が義務づけられるようになった。1998年にはRCSB（Rutgers大など３つの機関の共同研究機構）に管理が移管される。PDBには、タンパク質だけでなく、核酸、糖鎖などの立体構造も登録されている。なお、日本では大阪大学にミラーサイトがある。大阪大学のサイトでは、PDBと関連データベースやPDBをXML化したデータベースなどを統合して、PDBj（http://www.pdbj.org/）として公開している。

1. PDB（http://www.rcsb.org/）にアクセスする。

2. Swiss-Protの検索結果から、c-CblのPDB IDの１つが「1FBV」であることがわかったので、これを検索することにする。画面上のボックスで「PDB ID or Text」が選択されていることを確認し、その右のテキストボックスに「1FBV」と入力して「Search」ボタンを押す。

   
   

   1FBVの検索結果

   
   

   Jmolを使った立体構造の簡便表示

   PDBの検索結果の最初のページから、立体構造表示用のオプションをクリックすると、PDBの立体構造データを簡便に可視化することができる。この中の、JAVAを使った立体構造表示ツールJmolを利用して、立体構造を表示してみよう。分子のグラフィックス絵の下にある「View in Jmol」をクリックすると、Jmol画面に切り替わる。
   • マウスで分子をドラッグすると、回転などの操作を行える。また右クリックすると、操作メニューが開き、表示方法の変更などを行うことができる。
   • 画面下にヘルプがあるので、参考にしながらいろいろ表示を変えてみよう。

   • 1FBVでは、c-CblはUbcH7と呼ばれる別のタンパク質と複合体を形成した状態で構造決定・登録されている。Jmol画面では、c-Cblタンパク質は青で、UbcH7は赤で示されている。
   
   

   モチーフデータベースPROSITEの検索結果から、zinc finger ringモチーフではZn原子の結合に必須のCysおよびHis残基が強く保存していることがわかった。以下の手順で、立体構造の上でこのことを確認してみよう。

   1. 画面の黒いところを右クリック
   2. 「Console...」を選択
   3. 「Jmol Script Console」という名前のウィンドウが開く。２分割されているうちの下のウィンドウに以下のコマンドを入力し、Returnキーを押すと、入力したコマンドが実行される。
   4. select zn.zn ←Zn原子が選択される
   5. spacefill ←Zn原子がspacefill表示される
   6. center zn.zn ←Zn原子を画面の中央にもってくる
   7. restrict within（10.0,zn.zn） ←Zn原子から10.0Å以内の原子のみに表示を限る
   8. （Shiftキーを押しながら左ドラッグしてZn原子付近にズームする）
   9. select （cys or his） and within（10.0,zn.zn） ←CysまたはHisを選択
   10. wireframe 50 ←側鎖を含めたwireframe表示を追加
   11. select *.ca and （his or cys） and within（10.0,zn.zn） ←Cys, HisのCα原子を選択
   12. labels %n ←残基名ラベルを表示

   この手順を行うと、以下のような画面が表示されるはずである。マウスでドラッグして分子を回してみよう。CysおよびHisの側鎖がZn原子との結合に深く関わっている様子がよくわかるはずである。

   再び分子全体を表示するには、select all、さらにribbonsと実行すればよい。

   
   
3. 時間に余裕のある人は、PDBの登録数、新規フォールド発見数が年代とともに、どのように増加してきたか調べてみよう。PDBのトップページで、右上の方の「PDB Statistics」クリックし、「Content Growth」の中の「Growth of Released Structures Per Year」をクリックしてみるとよいだろう。

2.7. SCOPを用いたタンパク質立体構造分類情報の検索

1. SCOP（http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/）
   英国MRC Laboratory of Molecular Biology and Centre for Protein Engineeringが1994年から公開している、タンパク質の進化上、構造上の関係を記述したデータベース。ファミリー、スーパーファミリー、フォールド、クラスの各レベルにおける分類が行われている。
2. CATH（http://www.cathdb.info/）
   University College Londonが公開しているタンパク質構造分類データベース。アミノ酸配列にクラスタリングを適用して、ファミリー分類を行うことにより、構築している。
3. Dali Database（http://ekhidna.biocenter.helsinki.fi/dali）
   EBIが公開しているタンパク質構造分類データベース。タンパク質の構造上の分類を自動的に行った結果を掲載している。ここで用いられているDali（http://ekhidna.biocenter.helsinki.fi/dali_server）というプログラムは、新規にタンパク質の立体構造を決定したとき、ほかに似た立体構造をもつタンパク質が存在するかどうかを検索するのによく用いられる。

1. SCOP（http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/）にアクセスする。

2. 「Access Methods」の「Keyword search of SCOP entries」 をクリックして「1FBV」を入力し、「Retrieve information」ボタンを押す。

3. Cblタンパク質および1FBVの中でCblタンパク質と複合体を形成しているUbcタンパク質が、複数のエントリに分類されていることがわかる。以下は、このうちの「a.39.1.7」をクリックした結果である。1FBVのエントリが含まれていることを確認してみよう。

   1FBVの検索結果

   
   （途中省略）
   
   

• class: 構成している主要な二次構造による分類 → all α, all β, α/β, α+β, その他（マルチドメイン, 膜タンパク質, 小さいタンパク質, コイルドコイル, ペプチド, 人工タンパク質, 低解像度の構造）
• common fold: 二次構造の構成、その空間的な配置が共通しているもの
• superfamily: 配列の一致度は高くないが、構造や機能が共通の進化的起源をもっていると判断されるもの
• family: 配列一致度が30%以上、もしくは構造や機能が非常に似ているもの

• class （C）: 構成している主要な二次構造による分類 → all α, all β, α/β, α+β
• architecture （A）: 二次構造の構成、総体的な配置が共通しているもの
• topology （T）: 二次構造の構成、配置とつながり方が共通しているもの
• homologous superfamily （H）: 構造や機能が共通の進化的起源をもっていると予想されるもの
• sequence family （S）: 配列一致度が35%以上、もしくは構造や機能が非常に似ているもの

生物情報工学研究室
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