HotSpot Wizard 3.0: Web Server for Automated Design of Mutations and Smart Libraries based on Sequence Input Information.

• https://doi.org/10.1093/nar/gky417

Hot spots, proteins, homology modelling, stability.

HotSpot Wizard je webový server používaný pro automatickou identifikaci hotspotů (vhodných míst pro mutace) v rámci semi-racionálního návrhu za účelem vylepšení stability proteinu, jeho katalitické aktivity, substrátové specificity a enantioselektivity. Jelikož je v bioinformatických databázích mnohem méně známých proteinových struktur než sekvencí, hlavní limitace předchozí verze nástroje byl požadavek proteinové struktury jako vstupu. Vstupem HotSpot Wizard 3.0 může nyní být i sekvence. Proteinová struktura je poté buď získána z jedné z 8 databází homologních modelů nebo vymodelována s využitím nástrojů Modeller a I-Tasser. Poté je kvalita modelu ověřena použitím tří různých nástrojů - WHAT_CHECK, PROCHECK a MolProbity. Během následujících analýz, systém uživatele varuje před použitím nekvalitních částí predikované struktury. Druhá limitace předchozí verze HotSpot Wizardu spočívala v tom, že identifikoval vhodná místa pro mutace, ale chyběly informace o konkrétní substituci. V nové verzi je nyní modul pro výpočet termodynamické stabiity s využitím Rosetty a FoldXu, což pomáhá předcházet destabilizujícícm mutacím. HotSpot Wizard je dostupný na http://loschmidt.chemi.muni.cz/hotspotwizard.

HotSpot Wizard je nástroj, který slouží k návrhu vhodných míst pro mutace v proteinech. Proteiny jsou řetězce aminokyselin, jejichž záměnou je možné vytvářet proteiny s vylepšenými vlastnostmi. Jelikož provádění mutací v laboratoři je časově a finančně náročné, je vhodné si předem na základě bioinformatických analýz nalézt místa, kde je vhodné mutace provádět, k čemuž slouží právě tento nástroj. V jeho nové verzi, HotSpot Wizard 3.0 byly přidány nové funkce, které zvyšují jeho využitelnost v rámci komunity. První novou funkcí je umožnění zadávání proteinu pomocí jeho sekvence. V předchozí verzi byl vstup omezen na strukturu proteinu, jelikož však existuje mnohem víc známých sekvencí než struktur, nebylo tento nástroj možné použit pro libovolný protein. V této nové verzi je po zadání sekvence buď nalezen v databázi existující model struktury, nebo je tento model vytvořen. Další novou funkcí je výpočet stability mutací. Výstupem předchozí verze byl pouze seznam míst v proteinu, které by bylo vhodné zmutovat, nikoliv vhodnost konkrétních mutací na těchto místech, tj. cílové aminokyseliny těchto mutací. V nové verzi je vypočítána stability navržených mutací a pro experimentální ověření je možno vyloučit mutace, které se ukáží jako destabilizující. Díky těmto novým funkcím je tento široce používaný nástroj ještě využitelnější a také umožňuje ušetřit náklady na prováděné experimenty. Od okamžiku publikování v roce 2018 získal nástroj již 12 citací, obvykle v prestižních časopisech.

HotSpot Wizard 3 je další verze webového serveru HotSpot Wizard, který je velmi široce využívaný komunitou proteinových inženýrů, slouží k semi-racionálnímu návrhu proteinů díky predikci nejlepších míst pro mutace. V rámci nové verze byla přidána podpora zadání sekvence proteinu jako vstupu, následující vyhledáním struktury v databázi modelů nebo homologním modelováním struktury pomocí nástrojů Modeller nebo I-Tasser. Výsledná struktura je poté evaluována pomocí několika nástrojů pro hodnocení kvality proteinových struktur. Díky tomu je nástroj ještě využitelnější, jelikož zatímco v databázi RCSB Protein Data Bank je dostupných asi 135 000 struktur, existuje více než 98 000 000 známých proteinových sekvencí.  Další novou funkcí je výpočet termodynamické stability navržených mutací pomocí nástrojů Rosetta a FoldX, což umožní redukci počtu experimentálně testovaných mutantů. Tyto nové funkce zajišťují ještě širší a pohodlnější využitelnost nástroje. Od okamžiku publikování v roce 2018 získal nástroj již 12 citací, obvykle v prestižních časopisech.