タンパク質保存の迅速な評価のための種間の感受性を予測するための配列アラインメントツールのデモンストレーション
Summary
ここでは、米国環境保護庁の配列アライメントを利用して種感受性を予測する(SeqAPASS)ツールの最新バージョンを利用するためのプロトコルを紹介します。このプロトコルは、タンパク質の保存を迅速に分析し、種全体の化学物質感受性のカスタマイズ可能で簡単に解釈可能な予測を提供するためのオンラインツールの適用を示しています。
Abstract
米国環境保護庁の種感受性を予測するための配列調整(SeqAPASS)ツールは、研究者や規制当局が種全体の毒性情報を推定できるようにする、高速で無料で入手できるオンラインスクリーニングアプリケーションです。ヒト細胞、マウス、ラット、ゼブラフィッシュなどのモデル系の生物学的標的については、さまざまな化学物質の毒性データを利用できます。タンパク質ターゲット保全の評価を通じて、このツールは、そのようなモデルシステムから生成されたデータを、毒性データが不足している他の何千もの種に外挿し、相対的な固有の化学物質感受性の予測をもたらすために使用できます。ツールの最新リリース(バージョン2.0〜6.1)には、公開用のデータの迅速な合成、解釈、および使用とプレゼンテーション品質のグラフィックスを可能にする新機能が組み込まれています。
これらの機能の中には、カスタマイズ可能なデータ視覚化と、解釈を容易にするためにSeqAPASSデータを要約するように設計された包括的な要約レポートがあります。このホワイトペーパーでは、ジョブの送信、さまざまなレベルのタンパク質配列比較のナビゲート、および結果のデータの解釈と表示を通じてユーザーをガイドするプロトコルについて説明します。SeqAPASS v2.0-6.0 の新機能が強調表示されています。さらに、このツールを使用してトランスサイレチンとオピオイド受容体タンパク質の保存に焦点を当てた2つのユースケースについて説明します。最後に、SeqAPASSの長所と限界について説明し、ツールの適用性の範囲を定義し、種間外挿のさまざまなアプリケーションを強調します。
Introduction
従来、毒物学の分野は、化学物質の安全性評価に必要なデータを提供するために、全動物試験の使用に大きく依存してきました。このような方法は、通常、コストとリソースを大量に消費します。しかし、現在使用されている化学物質の数が多く、新しい化学物質が急速に開発されているため、世界的には、より効率的な化学物質スクリーニング方法の必要性が認識されています1,2。この必要性とその結果としての動物実験からのパラダイムシフトは、ハイスループットスクリーニングアッセイ、ハイスループットトランスクリプトミクス、次世代シーケンシング、計算モデリングなど、多くの新しいアプローチ方法の開発につながり、これらは有望な代替試験戦略です3,4。
化学物質曝露によって潜在的に影響を受ける多様な種全体で化学物質の安全性を評価することは、従来の毒性試験だけでなく、新しいアプローチ方法でも永続的な課題でした。比較および予測毒物学の進歩は、異なる種の相対的な感受性を理解するためのフレームワークを提供し、計算方法の技術的進歩はこれらの方法の適用可能性を高め続けています。過去10年間、既存の遺伝子およびタンパク質配列データベースと特定の化学分子標的の知識を活用して、種間外挿の予測アプローチをサポートし、典型的なモデル生物を超えて化学物質の安全性評価を強化するいくつかの戦略が議論されてきました5,6,7,8。
科学を行動に移し、予測毒物学におけるこれらの基礎研究に基づいて構築し、化学試験の取り組みに優先順位を付け、意思決定をサポートするために、米国環境保護庁の種感受性を予測するための配列調整(SeqAPASS)ツールが作成されました。このツールは、絶えず拡大するタンパク質配列情報のパブリックリポジトリを使用して、種の多様性にわたる化学的感受性を予測する、公開された無料で利用可能なWebベースのアプリケーションです9。このツールは、特定の化学物質に対する種の相対的な固有感受性は、その化学物質の既知のタンパク質標的の保存を評価することによって決定できるという原則に基づいて、すべての種に対する既知の感受性を持つ種のタンパク質アミノ酸配列を既存のタンパク質配列データと迅速に比較します。この評価は、(1)一次アミノ酸配列、(2)機能ドメイン、(3)重要なアミノ酸残基の比較を含む3つのレベルの分析によって完了し、それぞれが化学タンパク質相互作用に関するより深い知識を必要とし、感受性予測における分類学的分解能を高めます。SeqAPASSの大きな強みは、目的の化学-タンパク質またはタンパク質-タンパク質相互作用に関して利用可能な情報の量に基づいて、ターゲットの保存に向けた証拠の行を追加することで、ユーザーが評価をカスタマイズして洗練できることです。
最初のバージョンは2016年にリリースされ、ユーザーは一次アミノ酸配列と機能ドメインを合理化して化学物質感受性を予測でき、最小限のデータ視覚化機能しか含まれていませんでした(表1)。個々のアミノ酸の違いは、化学-タンパク質相互作用における種間の違いの重要な決定要因であることが示されており、これは種の化学的感受性に影響を与える可能性があります10,11,12。したがって、直接的な化学的相互作用に重要な重要なアミノ酸を考慮するために、後続のバージョンが開発されました13。利害関係者とユーザーのフィードバックに応えて、このツールは毎年バージョンリリースされ、種間外挿の課題に対処するための研究者と規制コミュニティの両方のニーズを満たすように設計された追加の新機能が追加されています(表1)。2020年のSeqAPASSバージョン5.0のリリースにより、データの視覚化とデータ合成のオプション、外部リンク、要約テーブルとレポートのオプション、およびグラフィック機能を組み込んだユーザー中心の機能が導入されました。全体として、このバージョンの新しい属性と機能により、データ合成、外部データベース間の相互運用性、および種間感受性の予測のためのデータ解釈の容易さが向上しました。
Protocol
Representative Results
Discussion
毒物学的に関心のある化学物質にさらされる可能性のある生物のゲノム的、表現型的、生理学的、および行動的多様性を捉えるのに十分な種を経験的にテストすることは現実的ではないという認識が広まっています。SeqAPASSの目標は、既存および継続的に拡大しているタンパク質配列および構造データを最大限に活用して、分子レベルの比較を通じて、試験された生物から数百または数千の?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、Daniel L. Villeneuve博士(米国EPA、計算毒性学および曝露センター)とJon A. Doering博士(ルイジアナ州立大学環境科学部)が原稿の以前の草稿にコメントを提供してくれたことに感謝する。この作業は、米国環境保護庁の支援を受けました。このホワイトペーパーで表明された見解は著者のものであり、必ずしも米国環境保護庁の見解や政策を反映しているわけではなく、商号や商用製品の言及は連邦政府による承認を示すものでもありません。
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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