단백질 보존의 신속한 평가를 위한 종 간 감수성 도구를 예측하기 위한 서열 정렬 입증
Summary
여기에서는 미국 환경 보호국 서열 정렬을 활용하여 종 감수성 (SeqAPASS) 도구를 예측하는 프로토콜을 제시합니다. 이 프로토콜은 단백질 보존을 신속하게 분석하고 종 전반에 걸쳐 화학적 감수성에 대한 사용자 정의 가능하고 쉽게 해석 가능한 예측을 제공하는 온라인 도구의 적용을 보여줍니다.
Abstract
미국 환경 보호국 서열 정렬을 통해 종 감수성 예측(SeqAPASS) 도구는 연구자와 규제 기관이 종 전반에 걸쳐 독성 정보를 외삽할 수 있는 빠르고 무료로 제공되는 온라인 스크리닝 애플리케이션입니다. 인간 세포, 생쥐, 쥐 및 제브라 피쉬와 같은 모델 시스템의 생물학적 표적의 경우 다양한 화학 물질에 대한 독성 데이터를 사용할 수 있습니다. 단백질 표적 보존의 평가를 통해이 도구는 이러한 모델 시스템에서 생성 된 데이터를 독성 데이터가없는 수천 종의 다른 종으로 외삽하여 상대적 고유 화학적 감수성을 예측하는 데 사용할 수 있습니다. 도구의 최신 릴리스(버전 2.0-6.1)에는 출판을 위한 데이터의 빠른 합성, 해석 및 사용과 프레젠테이션 품질의 그래픽이 가능한 새로운 기능이 통합되어 있습니다.
이러한 기능 중에는 사용자 정의 가능한 데이터 시각화와 해석의 용이성을 위해 SeqAPASS 데이터를 요약하도록 설계된 포괄적인 요약 보고서가 있습니다. 이 백서에서는 사용자가 작업을 제출하고, 다양한 수준의 단백질 서열 비교를 탐색하고, 결과 데이터를 해석 및 표시하는 과정을 안내하는 프로토콜에 대해 설명합니다. SeqAPASS v2.0-6.0의 새로운 기능이 강조됩니다. 또한이 도구를 사용하여 트랜스 티레틴 및 오피오이드 수용체 단백질 보존에 초점을 맞춘 두 가지 사용 사례가 설명됩니다. 마지막으로 SeqAPASS의 강점과 한계에 대해 논의하여 도구에 대한 적용 가능성 영역을 정의하고 종 간 외삽을 위한 다양한 응용 분야를 강조합니다.
Introduction
전통적으로 독성학 분야는 화학 안전성 평가에 필요한 데이터를 제공하기 위해 전체 동물 실험의 사용에 크게 의존해 왔습니다. 이러한 방법은 일반적으로 비용이 많이 들고 리소스 집약적입니다. 그러나 현재 사용되는 화학 물질의 수가 많고 새로운 화학 물질이 개발되는 속도가 빠르기 때문에 전 세계적으로 보다 효율적인화학 스크리닝 방법에 대한 필요성이 인식되고 있습니다1,2. 이러한 필요성과 그에 따른 동물 실험으로부터의 패러다임 전환은 유망한 대체 검사 전략3,4인 고처리량 스크리닝 분석, 고처리량 전사체학, 차세대 시퀀싱 및 컴퓨터 모델링을 포함한 많은 새로운 접근 방법의 개발로 이어졌습니다.
화학 물질 노출의 영향을 받을 수 있는 다양한 종에 대한 화학적 안전성을 평가하는 것은 기존의 독성 테스트뿐만 아니라 새로운 접근 방법으로도 지속적인 과제였습니다. 비교 및 예측 독성학의 발전은 다양한 종의 상대적 민감도를 이해하기 위한 프레임워크를 제공했으며 계산 방법의 기술 발전은 이러한 방법의 적용 가능성을 계속 높이고 있습니다. 지난 10년 동안 특정 화학 분자 표적에 대한 지식과 함께 기존 유전자 및 단백질 서열 데이터베이스를 활용하여 종 간 외삽에 대한 예측 접근 방식을 지원하고 일반적인 모델 유기체 5,6,7,8을 넘어 화학적 안전성 평가를 향상시키는 몇 가지 전략이 논의되었습니다.
과학을 행동으로 옮기고, 예측 독성학에 대한 이러한 기초 연구를 기반으로 화학 테스트 노력의 우선 순위를 지정하고, 의사 결정을 지원하기 위해 미국 환경 보호국 서열 정렬을 통해 종 감수성을 예측하는 서열 정렬(SeqAPASS) 도구가 만들어졌습니다. 이 도구는 지속적으로 확장되는 단백질 서열 정보의 공개 저장소를 사용하여 종의 다양성에 걸쳐 화학적 감수성을 예측하는 공개 및 무료 웹 기반 응용 프로그램입니다9. 특정 화학 물질에 대한 종의 상대적 고유 감수성은 해당 화학 물질의 알려진 단백질 표적의 보존을 평가하여 결정할 수 있다는 원칙에 따라 이 도구는 모든 종에 대해 알려진 민감성을 가진 종의 단백질 아미노산 서열을 기존 단백질 서열 데이터와 신속하게 비교합니다. 이 평가는 (1) 1차 아미노산 서열, (2) 기능 도메인 및 (3) 중요한 아미노산 잔기 비교를 포함한 세 가지 수준의 분석을 통해 완료되며, 각각은 화학-단백질 상호 작용에 대한 보다 심층적인 지식이 필요하고 감수성 예측에서 더 큰 분류학적 분해능을 제공합니다. SeqAPASS의 주요 강점은 사용자가 관심 있는 화학-단백질 또는 단백질-단백질 상호 작용과 관련하여 사용 가능한 정보의 양을 기반으로 표적 보존에 대한 추가 증거를 추가하여 평가를 맞춤화하고 개선할 수 있다는 것입니다.
첫 번째 버전은 2016년에 출시되었으며, 이를 통해 사용자는 1차 아미노산 서열과 기능 도메인을 간소화된 방식으로 평가하여 화학적 감수성을 예측할 수 있었고 최소한의 데이터 시각화 기능을 포함했습니다(표 1). 개별 아미노산 차이는 종의 화학적 감수성에 영향을 미칠 수 있는 화학-단백질 상호 작용에서 종 간 차이의 중요한 결정 요인으로 나타났습니다10,11,12. 따라서, 후속 버전은 직접적인 화학적 상호작용에 중요한 중요한 아미노산을 고려하기 위해 개발되었다13. 이해 관계자 및 사용자 피드백에 응답하여이 도구는 종 간 외삽의 문제를 해결하기 위해 연구자와 규제 커뮤니티 모두의 요구를 충족하도록 설계된 추가 새로운 기능과 함께 연간 버전 릴리스를 거쳤습니다 (표 1). 2020년 SeqAPASS 버전 5.0의 출시는 데이터 시각화 및 데이터 합성 옵션, 외부 링크, 요약 테이블 및 보고서 옵션, 그래픽 기능을 통합하는 사용자 중심 기능을 선보였습니다. 전반적으로 이 버전의 새로운 속성과 기능은 데이터 합성, 외부 데이터베이스 간의 상호 운용성 및 종 간 감수성 예측을 위한 데이터 해석의 용이성을 개선했습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
독성 학적 관심의 화학 물질에 노출 될 수있는 살아있는 유기체의 게놈, 표현형, 생리 학적 및 행동 적 다양성을 포착하기에 충분한 종을 경험적으로 테스트하는 것이 불가능하다는 인식이 널리 퍼져 있습니다. SeqAPASS의 목표는 분자 수준 비교를 통해 테스트된 유기체에서 수백 또는 수천 종의 다른 종으로 화학 독성 데이터/지식을 외삽하는 데 도움이 되고 정보를 제공하기 위해 기존의 지속적으?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자는 Daniel L. Villeneuve 박사 (미국 EPA, 전산 독성학 및 노출 센터)와 Jon A. Doering 박사 (루이지애나 주립 대학 환경 과학과)에게 원고의 초기 초안에 대한 의견을 제공 한 것에 대해 감사드립니다. 이 작업은 미국 환경 보호국의 지원을 받았습니다. 이 논문에 표현 된 견해는 저자의 견해이며 반드시 미국 환경 보호국의 견해 나 정책을 반영하는 것은 아니며 상표명 또는 상업용 제품에 대한 언급이 연방 정부의 보증을 나타내는 것도 아닙니다.
Materials
| 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. |
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