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支架生成器:化学蛋白质合成的可视化和优化。

BracketMaker: Visualization and optimization of chemical protein synthesis.

机构信息

Department of Biochemistry, University of Utah, Salt Lake City, Utah, USA.

出版信息

Protein Sci. 2024 Oct;33(10):e5174. doi: 10.1002/pro.5174.

DOI:10.1002/pro.5174
PMID:39276022
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11401056/
Abstract

Chemical protein synthesis (CPS), in which custom peptide segments of ~20-60 aa are produced by solid-phase peptide synthesis and then stitched together through sequential ligation reactions, is an increasingly popular technique. The workflow of CPS is often depicted with a "bracket" style diagram detailing the starting segments and the order of all ligation, desulfurization, and/or deprotection steps to obtain the product protein. Brackets are invaluable tools for comparing multiple possible synthetic approaches and serve as blueprints throughout a synthesis. Drawing CPS brackets by hand or in standard graphics software, however, is a painstaking and error-prone process. Furthermore, the CPS field lacks a standard bracket format, making side-by-side comparisons difficult. To address these problems, we developed BracketMaker, an open-source Python program with built-in graphic user interface (GUI) for the rapid creation and analysis of CPS brackets. BracketMaker contains a custom graphics engine which converts a text string (a protein sequence annotated with reaction steps, introduced herein as a standardized format for brackets) into a high-quality vector or PNG image. To aid with new syntheses, BracketMaker's "AutoBracket" tool automatically performs retrosynthetic analysis on a set of segments to draft and rank all possible ligation orders using standard native chemical ligation, protection, and desulfurization techniques. AutoBracket, in conjunction with an improved version of our previously reported Automated Ligator (Aligator) program, provides a pipeline to rapidly develop synthesis plans for a given protein sequence. We demonstrate the application of both programs to develop a blueprint for 65 proteins of the minimal Escherichia coli ribosome.

摘要

化学蛋白质合成(CPS)是一种越来越受欢迎的技术,通过固相肽合成(SPPS)合成大约 20-60 个氨基酸的定制肽段,然后通过顺序连接反应将其拼接在一起。CPS 的工作流程通常用“括号”样式的图表来描述,详细说明起始片段以及所有连接、脱硫和/或脱保护步骤的顺序,以获得产物蛋白。括号是比较多种可能合成方法的宝贵工具,并作为合成过程中的蓝图。然而,手工或在标准图形软件中绘制 CPS 括号是一个艰苦且容易出错的过程。此外,CPS 领域缺乏标准的括号格式,使得并排比较变得困难。为了解决这些问题,我们开发了 BracketMaker,这是一个开源的 Python 程序,带有内置图形用户界面(GUI),用于快速创建和分析 CPS 括号。BracketMaker 包含一个自定义图形引擎,它将文本字符串(带有反应步骤注释的蛋白质序列,在此作为括号的标准格式引入)转换为高质量的矢量或 PNG 图像。为了辅助新的合成,BracketMaker 的“AutoBracket”工具会自动对一组片段进行反合成分析,使用标准的天然化学连接、保护和脱硫技术起草并排名所有可能的连接顺序。AutoBracket 与我们之前报道的改进版自动连接酶(Aligator)程序结合使用,为给定的蛋白质序列提供了快速开发合成计划的途径。我们展示了这两个程序的应用,为最小的大肠杆菌核糖体的 65 种蛋白质制定了蓝图。

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