Hier presenteren we een protocol om de nieuwste versie van de Sequence Alignment to Predict Across Species Susceptibility (SeqAPASS) -tool van het Amerikaanse Environmental Protection Agency te gebruiken. Dit protocol demonstreert de toepassing van de online tool om snel eiwitbehoud te analyseren en aanpasbare en gemakkelijk interpreteerbare voorspellingen van chemische gevoeligheid tussen soorten te bieden.
De SeqAPASS-tool (Sequence Alignment to Predict Across Species Susceptibility) van het Amerikaanse Environmental Protection Agency is een snelle, vrij beschikbare, online screeningstoepassing waarmee onderzoekers en regelgevers toxiciteitsinformatie over soorten kunnen extrapoleren. Voor biologische doelen in modelsystemen zoals menselijke cellen, muizen, ratten en zebravissen zijn toxiciteitsgegevens beschikbaar voor een verscheidenheid aan chemicaliën. Door de evaluatie van het behoud van eiwitdoelen kan dit instrument worden gebruikt om gegevens die zijn gegenereerd uit dergelijke modelsystemen te extrapoleren naar duizenden andere soorten zonder toxiciteitsgegevens, wat voorspellingen oplevert van relatieve intrinsieke chemische gevoeligheid. De nieuwste releases van de tool (versies 2.0-6.1) hebben nieuwe functies opgenomen die de snelle synthese, interpretatie en het gebruik van de gegevens voor publicatie plus afbeeldingen van presentatiekwaliteit mogelijk maken.
Tot deze functies behoren aanpasbare gegevensvisualisaties en een uitgebreid samenvattend rapport dat is ontworpen om SeqAPASS-gegevens samen te vatten voor eenvoudige interpretatie. Dit artikel beschrijft het protocol om gebruikers te begeleiden bij het indienen van taken, het navigeren door de verschillende niveaus van eiwitsequentievergelijkingen en het interpreteren en weergeven van de resulterende gegevens. Nieuwe functies van SeqAPASS v2.0-6.0 worden gemarkeerd. Verder worden twee use-cases beschreven die gericht zijn op transthyretine en opioïde receptor eiwitbehoud met behulp van deze tool. Ten slotte worden de sterke punten en beperkingen van SeqAPASS besproken om het domein van toepasbaarheid voor de tool te definiëren en verschillende toepassingen voor cross-species extrapolatie te benadrukken.
Van oudsher is het gebied van toxicologie sterk afhankelijk van het gebruik van dierproeven om de gegevens te verstrekken die nodig zijn voor chemische veiligheidsevaluaties. Dergelijke methoden zijn doorgaans kostbaar en arbeidsintensief. Vanwege het grote aantal chemicaliën dat momenteel wordt gebruikt en het snelle tempo waarin nieuwe chemicaliën worden ontwikkeld, is er wereldwijd echter een erkende behoefte aan efficiëntere methoden voor chemische screening 1,2. Deze behoefte en de daaruit voortvloeiende paradigmaverschuiving weg van dierproeven heeft geleid tot de ontwikkeling van veel nieuwe benaderingsmethoden, waaronder high-throughput screening assays, high-throughput transcriptomics, next-generation sequencing en computationele modellering, die veelbelovende alternatieve teststrategieën zijn 3,4.
Het evalueren van de chemische veiligheid in de diversiteit van soorten die mogelijk worden beïnvloed door blootstelling aan chemische stoffen is een blijvende uitdaging geweest, niet alleen met traditionele toxiciteitstests, maar ook met nieuwe benaderingsmethoden. Vooruitgang in vergelijkende en voorspellende toxicologie heeft kaders geboden voor het begrijpen van de relatieve gevoeligheid van verschillende soorten, en technologische vooruitgang in computationele methoden blijft de toepasbaarheid van deze methoden vergroten. In het afgelopen decennium zijn verschillende strategieën besproken die gebruikmaken van bestaande gen- en eiwitsequentiedatabases, samen met kennis van specifieke chemische moleculaire doelen, om voorspellende benaderingen voor extrapolatie tussen soorten te ondersteunen en chemische veiligheidsevaluaties te verbeteren die verder gaan dan de typische modelorganismen 5,6,7,8.
Om de wetenschap in actie te brengen, voort te bouwen op deze fundamentele studies in voorspellende toxicologie, prioriteit te geven aan chemische testinspanningen en de besluitvorming te ondersteunen, werd de Us Environmental Protection Agency Sequence Alignment to Predict Across Species Susceptibility (SeqAPASS) -tool gemaakt. Deze tool is een openbare en vrij beschikbare webgebaseerde applicatie die openbare opslagplaatsen van voortdurend uitbreidende eiwitsequentie-informatie gebruikt om chemische gevoeligheid te voorspellen voor de diversiteit van soorten9. Op basis van het principe dat de relatieve intrinsieke gevoeligheid van een soort voor een bepaalde chemische stof kan worden bepaald door de instandhouding van de bekende eiwitdoelen van die chemische stof te evalueren, vergelijkt deze tool snel eiwitaminozuursequenties van een soort met bekende gevoeligheid voor alle soorten met bestaande eiwitsequentiegegevens. Deze evaluatie wordt voltooid door middel van drie analyseniveaus, waaronder (1) primaire aminozuursequentie, (2) functioneel domein en (3) kritische aminozuurresiduvergelijkingen, die elk meer diepgaande kennis van de chemisch-eiwitinteractie vereisen en een grotere taxonomische resolutie bieden in de gevoeligheidsvoorspelling. Een belangrijke kracht van SeqAPASS is dat gebruikers hun evaluatie kunnen aanpassen en verfijnen door extra bewijslijnen toe te voegen voor het behoud van doelen op basis van hoeveel informatie beschikbaar is met betrekking tot de interactie tussen chemicaliën en eiwitten of eiwitten en eiwitten van belang.
De eerste versie werd uitgebracht in 2016, waarmee gebruikers primaire aminozuursequenties en functionele domeinen op een gestroomlijnde manier konden evalueren om chemische gevoeligheid te voorspellen en minimale datavisualisatiemogelijkheden bevatten (tabel 1). Van individuele aminozuurverschillen is aangetoond dat ze belangrijke determinanten zijn van verschillen tussen soorten in chemisch-eiwitinteracties, die de chemische gevoeligheid van soorten kunnen beïnvloeden 10,11,12. Daarom werden latere versies ontwikkeld om rekening te houden met de kritieke aminozuren die belangrijk zijn voor directe chemische interactie13. In reactie op feedback van belanghebbenden en gebruikers heeft deze tool jaarlijkse versieversies ondergaan met aanvullende nieuwe functies die zijn ontworpen om te voldoen aan de behoeften van zowel onderzoekers als regelgevende gemeenschappen voor het aanpakken van uitdagingen bij extrapolatie tussen soorten (tabel 1). De lancering van SeqAPASS versie 5.0 in 2020 bracht gebruikersgerichte functies naar voren die opties voor gegevensvisualisatie en gegevenssynthese, externe links, overzichtstabel- en rapportopties en grafische functies bevatten. Over het algemeen verbeterden de nieuwe kenmerken en mogelijkheden van deze versie de gegevenssynthese, interoperabiliteit tussen externe databases en het gemak van gegevensinterpretatie voor voorspellingen van de gevoeligheid voor verschillende soorten.
Er is wijdverspreide erkenning dat het niet haalbaar is om voldoende soorten empirisch te testen om de genomische, fenotypische, fysiologische en gedragsdiversiteit van levende organismen vast te leggen die kunnen worden blootgesteld aan chemicaliën van toxicologisch belang. Het doel van SeqAPASS is om het gebruik van bestaande en voortdurend uitbreidende eiwitsequentie en structurele gegevens te maximaliseren om de extrapolatie van chemische toxiciteitsgegevens / kennis van geteste organismen naar honderden of duizende…
The authors have nothing to disclose.
De auteurs bedanken Dr. Daniel L. Villeneuve (U.S. EPA, Center for Computational Toxicology and Exposure) en Dr. Jon A. Doering (Department of Environmental Sciences, Louisiana State University) voor het geven van commentaar op een eerdere versie van het manuscript. Dit werk werd ondersteund door het Amerikaanse Environmental Protection Agency. De standpunten in dit artikel zijn die van de auteurs en weerspiegelen niet noodzakelijkerwijs de opvattingen of het beleid van het Amerikaanse Environmental Protection Agency, noch duidt de vermelding van handelsnamen of commerciële producten op goedkeuring door de federale overheid.
Spreadsheet program | N/A | N/A | Any program that can be used to view and work with csv files (e.g. Microsoft Excel, OpenOffice Calc, Google Docs) can be used to access data export files. |
Basic computing setup and internet access | N/A | N/A | SeqAPASS is a free, online tool that can be easily used via an internet connection. No software downloads are required. |