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著述作家来自英国的皇家德文大学(Royal Devon University)保健NHS基金会相信和埃克塞特大学医学院(University of Exeter School of Medicine)。商酌者经过计较机卵白质结构沟通分析，将64个VUS进行再行分类。在再行评估后，将47个再行分类为致病性（P）或可能致病性（LP）。将卵白质结构信息纳入会诊实施，并提议一个通用职责经过，策划恶果发表于《Genome Medicine》杂志。作家发现好多错义变异(计较机沟通后)会影响卵白质与配体的联接或严重裁减卵白质的谨慎性，从而导致卵白质功能统统丧失(complete loss-of-function， LOF)。有些错义变异则通过功能获取机制(gain-of-function， GOF)影响卵白结构域的要津区域。
作家以为计较机模拟卵白空间结构的沟通凭据不错径直用于现存ACMG/ACGS指南中的PM1凭据等第，这有助于笃定错义变异的沟通致病效应与临床表型及已知致病机制之间的一致性。
PM1：Located in a mutational hot spot and/or critical and well-established functional domain (e.g.， active site of an enzyme) without benign variation
PM1：位于热门突变区域， 和/或位于已知无良性变异的要津功能域(如酶的活性位点).
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作家纳入2016年至2020年转诊至埃克塞特基因组学实践室的患者中的变异，并进行卵白质结构沟通分析。
具体的职责经过，如下：最先通过UniProtKB数据库(Universal Protein Knowledgebase (UniProtKB)查询策划卵白结构数据的可用性，若是莫得同源或沟通模子，将卵白序列提交至卵白质建模管事器(SWISS-MODEL、Phyre2和 I-TASSER），生成野生型/突变型卵白结构，分析比拟突变对卵白结构的影响。通过多模板建模生成的模子，只消当沟通的置信度≥90%，能力用于进一步沟通分析。使用PyMol软件商酌突变氨基酸对卵白空间结构的影响；使用FoldX软件对突变型卵白空间结构的热力学谨慎性进行定量沟通。
适度：64个VUS，有47个在沟通分析后，被再行分类为致病性或可能致病性变异。根据专科判断，这47个变异的沟通结构数据可行为PM1凭据(13个为中等凭据，34个为维持性凭据)，17个仍被分类为VUS。
从三个方面沟通突变对卵白质的影响
分析跨物种的卵白质序列保守性(analysis of conservation in homologous proteins across species)；
模拟突变对卵白质质理化性质的影响(modelling the impact of mutation on the physicochemical properties of the protein)；
卵白质热力学计较机沟通(in silico thermodynamic predictions)：用于可能存在LOF机制的错义变异，对此识别具有高特异性。
当今，在东谈主类卵白质组中，仅17%卵白是通过实践理会其结构；但通过计较机建模对比，不错用于结构分析的卵白比例增加到约50%。可用的卵白质数据库，如下：AlphaFold 卵白结构库
七月末，DeepMind 发布 AlphaFold 卵白结构库(the AlphaFold Protein Structure Database， AFDB)，公布了当先2亿个卵白质的沟通结构(包括了东谈主类卵白质组内的一起20000个卵白质结构，还有大肠杆菌、果蝇、小鼠、斑马鱼、疟原虫、肺结核菌等)，险些囊括了总共东谈主类已知的卵白质序列(98.5%)。在2.14 亿条序列的沟通结构中，35% 是高度准确的。
AFDB使用AF2机器学习法(AlphaFold-2 machine-learning method)，用pLDDT分数(a predicted Local Distance Diference Test score， pLDDT) 对沟通的卵白结构进行自我评估，高于90分(满分100)属于高度真确。需要注重，pLDDT 打分极高，也依旧存在沟通的结构与实质理会的结构具有较大各异的可能。但对于大部分无实践理会的结构，若沟通的结构获取高的pLDDT分数，也可被以为高度真确。当今这部分高度真确的结构约莫有7500万个。此外，还有45%的结构，约9600万个，足以使用(pLDDT为70 ~ 90)。
3D-Beacons 是一项新用具，一个新组织。2022.8.3，英、瑞士、德、意、匈、荷、好意思、韩八国粹术机构聚合推出 3D-Beacons，整合包含 AFDB 在内的多个卵白质结构数据库，用支持面孔，检索实践结构、沟通结构、动态结构系综等。图片
PDBe：PDB欧洲，实践结构， PDB（卵白数据银行）约莫有19万个实践理会结构，每年新增约1万个新结构。AlphaFold DB：从新沟通AlphaFill：基于模板沟通SWISS-MODEL Repository：瑞士模子库，基于模板沟通ModelArchive：从新沟通 / 基于模板沟通SASBDB：Small-Angle Scattering Biological Data Bank，小角度衍射生物数据库PED：Protein Ensemble Database，经典三级卵白质系综数据库例如子图片
商酌错义突变对卵白质结构的影响
升级致病性凭据的等第
制作“漂亮的”卵白质空间结构图
充实SCI写稿内容
增加审稿东谈主的风趣パナソニック 分電盤 リミッタースペース付 露出・半埋込両用形
户外高潮晋升著述的可读性
提高SCI经受率
笔者从实质职责中例如
如下
卵白质保守性分析conservation从氨基酸序列角度分析：
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图1：黑框处暗示DNA错义突变变成氨基酸变异地点的位置，通过跨多物种序列比对疏通的位置，可见哺乳动物中，此处过甚控制氨基酸序列高度保守。这个图直不雅。图片
字母的相对大小暗示它们在序列中的频率。每个字母的高度与出现频率成正比，常以bits为单元。每个位置的字母按照保守性从大到小摆设，最从上端的字母，其保守性最高。
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同理，通过图2，分析变异位点处过甚控制氨基酸的保守性。这个图形象。从卵白质空间结构角度分析：
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如图3：欺诈PyMol软件分析卵白保守序列的不同染色区域(辩别不同的保守性)。此图需要知谈氨基酸变异位点处于卵白质的什么结构域，该结构域具有什么功能。如图蓝色箭头所指为某变异位点。黄色圈圈内，可见变异位点过甚控制均为红色(红色为高度保守)，证明其参与形成的空间结构高度保守，该处结构具有某些垂危功能，比如这个空间结构为卵白质联接口袋(protein binding pockets)，口袋是指卵白质名义或里面具有恰当与配体联接的空腔，口袋周围的氨基酸残基决定了它的体式，位置，死一火特质以及功能。口袋是卵白质发生特异性相互作用的垂危结构。卵白质结构的柔性(flexibility)与指令(mobility)允许联接口袋的开放、关闭和得当，从而治愈配体的联接过程和阐述特定的卵白质功能。是以此图就不错诠释为：错义变异变成氨基酸变异，蜕变空间结构的保守性，然后概况XX功能，然后巴拉巴拉等等。。。著述中有这么的图是不是很棒？增加证明力。
卵白质热力学谨慎性分析thermodynamic stability图片
如图4：已知p.G195D位点，已通过体外考考据实了其变异的无益性，p.G195D增加了变异位点处的泛素化、增加了该卵白与F-actin联接能力，从而增加对肾足突细胞的无益性，体现了GOF的致病机制，而欺诈DynaMut对卵白质热力学谨慎性分析，谨慎性裁减，且发现变异位点解决子相互之间作用劲增加(对比突变型和野生型，发现虚线增加，虚线代表分子间作用劲)，不错估计其与GOF策划，与泛素化增加和联接能力增加策划。而新发现的变异位点p.A165V与p.G195D处于兼并个结构域。因此不错估计，它们有访佛的机制。一样对p.A165V进行卵白质热力学谨慎性分析，谨慎性裁减，且发现变异位点解决子相互之间作用劲增加。因此可以为，新发现的变异位点p.A165V虽未作念体外考据性考验，但其沟通适度与已知p.G195D位点的计较机沟通适度一致，可推断新发位点的无益性。图片
图5：LOF是常见的致病机制，热力学不谨慎是一种通用机制，错义变异会导致卵白质空间结构域的失实折叠和/或降解，如图使用FoldX对变异位点p.Pro163Arg进行评估。欺诈PyMol软件构建卵白质空间结构。Pro163 位于一个环中，形成卵白质细胞外区，不流畅钙联接区的一部分，侧链被非极性氨基酸掩埋并包围。Arg取代Pro可能会导致与相邻侧链的空间龙套，同期将Arg的带电极性侧链置于疏水卵白中枢中。FoldX沟通变异为极其不谨慎的变化。卵白质理化性质分析physicochemical properties图片
图6：错义变异引起LOF的另一种潜在机制是概况与配体联接。图示GNAO1基因的错义变异位点p.Thr327Lys。因为现存的东谈主类GNAO1卵白实践结构模子未能提供总共的核苷酸联接域或联接配体，是以给与小鼠的Gnao1模子PDB 3c7k(与东谈主类同源性 97.7%)和东谈主类GNAi1模子PDB 6crk(与东谈主类GNAO1同源性为73.8%)；图内模子用的是6crk模子，3c7k模子未深刻，但适度与6crk模子一致。不错与核苷酸联接的G盒残基结构暗示为蓝色；Thr327的碳原子呈橙色；未突变时，适度深刻(图6A)：鸟嘌呤核苷酸(GDP)可径直与Thr327联接，并相互作用。当Thr327突变成Lys，适度深刻(图6B)：长型结构的Lys(赖氨酸)侧链封锁配体联接口袋，从而不容GDP联接(配体在沟通结构中缺失)。
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与LOF不同，导致GOF的变异继续难以诠释，因为对结构的影响可能愈增多变。也有凭据深刻，对于非LOF的错义变异的无益性沟通来说，其推崇继续较差，因此对其进行卵白质结构模子沟通分析历害常有利的。一些卵白存在活性和非活性两种构象，非活性款式构象的不谨慎，活性款式的谨慎化，齐会导致GOF的发生。图7：MAP2K1基因变异位点p.Leu50Pro。MAPK1基因编码MAP/ERK激酶1(MEK1)，卵白质N端的负治愈区(NRR)，位于催化结构域以外，守护激酶处于非活性景色。Leu50位于NRR螺旋的内名义，与激酶结构域中的Asn122和Pro124构兵(图7B)。FoldX分析深刻ΔΔG值为4.4 kcal/mol，错义变异导致卵白质结构严重不谨慎。NRR区域的结构不谨慎，使得MEK1激酶处于握续激活景色，这与致病性变异导致卵白质局部空间不谨慎引起的GOF机制一致。图片
GOF不错介导活性卵白质的产量晋升或减少卵白质降解。图8：WNK1 基因错义变异p.Asp635Asn，该变异位点位于卵白质序列的无序区域(regions of disordered)，无实践或高质料的沟通模子。而事实上，无序区域(intrinsically disordered regions)也并非毫无作用，它们不错形成卵白质-卵白质之间弱相互作用(weak interactions)，形成凝合物或无膜的轻微胞器，参与大分子分拨和其他细胞过程。好多无序的区域还包含短线性基序(short linear motifs， SLiM)，可能行为卵白质-卵白质相互作用或翻译后修饰的靶点。作家欺诈真核线性基序资源(Eukaryotic Linear Motif resource， ELM)和 ScanSite 4.0扫描了野生型和突变型WNK1序列中潜在的功能位点。适度深刻野生型WNK1序列中(601~700)存在一个与Kelch联接的degron基序，而p.Asp635Asn中这个基序隐匿了(图8)。Degron是一种酸性基序，可介导与KLHL3的相互作用，形成KLHL3-Cullin复合物，缓助卵白酶体降解含有degron的卵白。因此，本案例中的错义变异，引起degron基序隐匿，卵白酶体无法完成降解作用，使得卵白质遮掩降解，从而导致靶卵白的积聚和活性提高，这是GOF致病机制的一种诠释。局限性
某些错义变异可能从计较机沟通角度分析，对卵白质折叠或空间结构的影响是良性，但在体内，该变异可能对卵白质折叠或空间结构产生垂危影响。
处于卵白名义的氨基酸变异可能会潜在性地影响卵白质之间的相互作用。计较机沟通对此可能会有些清贫。当今对于卵白质结构的配体和大分子相互作用的位点等这类信息，不错从已知的数据库(如PDBe-KB、VarMap、VarSite)中获取。处于卵白名义的氨基酸变异可能导致疏水性区域(hydrophobic patches)的产生，这会使得卵白质采集，例如HBB基因的错义突变p.Glu6Val，会导致镰状细胞贫血。天然依然拔擢出好多生物信息学用具来匡助沟通卵白质采集(protein aggregation)，但在错义变异的致病性诠释中，这类生物信息学用具很少使用。
由于这些原因，卵白质空间结构计较机沟通为良性的错义变异，并不行摈斥该变异实质上可能是无益的。有商酌报谈以为，在计较机结构性沟通中组合使用序列保守性分析和热力学谨慎性分析，不错很好地将致病性和良性的变异充分辩别开。多形势沟通组合和概括性地使用卵白质结构数据，将有助于变异分类。
参考文件：
Caswell RC， Gunning AC， Owens MM， et al. Assessing the clinical utility of protein structural analysis in genomic variant classification: experiences from a diagnostic laboratory. Genome Med， 2022， 22;14(1):77. doi: 10.1186/s13073-022-01082-2.
更多内容用什么顺序沟通错义突变是否影响卵白质的谨慎性？手把手教 | 如何用Jalview作念卵白质序列比对及保守性分析如有上述访佛的作图需要，可私信笔者天然需要极少点用度啦每一张图每一个错义变异位点50元东谈主民币应该不贵吧感谢维持PyMol软件作图，如下图片
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