StickWRLD was made possible in part through funding provided to Dr. Ray by the Research Institute at Nationwide Children's Hospital, and by NSF grant DBI-1262457.

1.ソフトウェアのダウンロードとインストール<ol><li>少なくとも4 GBのRAMを搭載したIntel i5またはそれ以上のプロセッサを有しており、Mac OS XまたはGNU / Linuxの（ 例えば、Ubuntuの）OSを実行しているコンピュータを使用してください。また、Pythonの2.7.6 10とwxPythonの2.8 11は 、scipyのダウンロード12、およびPyOpenGL 13 Pythonのライブラリが必要です-それぞれのリポジトリからそれぞれをダウンロードしてインストール。 </li><li>ダウンロード<a href="http://www.stickwrld.org" target="_blank">StickWRLDは</a> 、関連するPythonスクリプトのすべてを含むzipアーカイブとして。 StickWRLDフォーマットに標準FASTA、DNA /タンパク質配列のアラインメントを変換するための「fasta2stick.sh &quot;スクリプトをダウンロードします。 </li><li>アーカイブを展開し、デスクトップ上で得られたStickWRLDフォルダを置きます。同様にデスクトップ上の「fasta2stick.sh &quot;スクリプトを配置します。 </li></ol> 2.アライメントの準備<ol><li>任意スタンを用いてタンパク質配列のアラインメントを作成します準のアラインメントソフトウェア（ 例えば、ClustalX 14）。 FASTA形式でデスクトップ上のアライメントを保存します。 </li><li> MacやGNU / Linuxのコンピュータ上のターミナルアプリケーションを開き、CD〜/ Desktopを入力してReturnキーを押すと、デスクトップ（「fasta2stick.sh「シェルスクリプトの場所）に移動します。端末内./fasta2stick.sh入力して「fasta2stick.sh「スクリプトを実行します。スクリプトが実行されない場合は、それが実行可能であることを確認- + xは、スクリプトを実行可能にするためにfasta2stick.sh端末タイプのchmodで。 </li><li>入力ファイル名（上記1.2で作成したファイル）と、所望の出力名を指定するために、スクリプトによって提供される画面の指示に従ってください。デスクトップ上の（StickWRLDの正しい形式になりました）出力ファイルを保存します。 </li></ol> 3. StickWRLDの起動<ol><li>ターミナルAPPLICを使用してフォルダStickWRLDの実行可能ファイルに移動しますMacやGNU / Linuxコンピュータのエーション。例えば、場合StickWRLDフォルダは、デスクトップ上の端末で入力します。cd〜/デスクトップ/ StickWRLD / execのです。 </li><li>端末内のpython-32 stickwrld_demo.pyを入力してStickWRLDを起動します。 </li><li> StickWRLDデータローダパネルは、画面（ 図3）に表示されていることを確認します。 </li></ol>データのロード4 <ol><li> 「ロード·プロテイン...」ボタンを押して、変換されたタンパク質配列のアラインメントをロードします。 </li><li>上記の手順3を押して「開く」で作成したファイルを選択します。 （ 図5） - StickWRLDは「StickWRLD制御」（ 図4）と「OpenGLのStickWRLD」を含む、いくつかの新しいウィンドウが開きます。 </li><li>ウィンドウ - 「OpenGLのStickWRLD」を選択します。 「トップダウンでデフォルトStickWRLDの視覚化を表示するには、「OpenGLの &quot;メニューから「表示をリセット」を選択しますサイズ変更可能なOpenGLのウィンドウ内のデータを表す気筒から「ビュー.. </li></ol> 5.表示オプション<ol><li>列とボールの値を表示するには、「StickWRLDコントロール」ペイン（ 図4）で「列ラベル」と「ボールラベル&quot;のボックスを選択します。 </li><li>列エッジラインを非表示にするには、「StickWRLDコントロール」ペインの「列エッジ &quot;のボックスの選択を解除します。 </li><li>それが簡単に3Dビューをナビゲートすること、カラムを通す細い線を描画するために、「StickWRLDコントロール」ペインで0.1に「列の厚さ」に設定します。 Enterキーを押して変更を受け入れるように戻ります。 </li><li>ビューを最大化するために「フルスクリーン」ボタンを押し、上記のステップ5.3のように - 「OpenGLのStickWRLD」ウィンドウにビューをリセットします。 </li></ol> 6.ナビゲーション<ol><li>マウスの左ボタンを押したままにして、3D StickWRLDディスプレイを回転させWHIルは、任意の方向にマウスを移動させます。 </li><li>マウスを上下に移動させながら、マウスの右ボタンを押したままにして、3D StickWRLDディスプレイをズームします。 </li></ol> 7.検索中間物挿入の依存関係（のIPD） <ol><li>パンニングおよび図6に見られるように、エッジラインを介して接続されている両方のpと残差のしきい値の要件を超えて、ステップ6 Coevolving残基で説明したようにズームして、ビューを参照します。残基を接続が多すぎるか、または少なすぎたエッジがある場合は、残留を変更（「StickWRLDコントロール」ペインの）閾値は、より少ない、またはそれ以上のエッジが表示されます。 </li><li>何IPDエッジラインが表示されなくなるまでStickWRLDコントロールパネル上の残留しきい値を増やし、関係が表示されるまでゆっくりとランプダウン。あなたが検討する関係の十分な数になるまで残留を増やす続けます。 </li><li>モチーフまたは結合/楽しい内の既知の目的のいずれかの残基を伴う関係（ 例えば、識別ctionalサイト）または1つのアライメント内の別の遠位にある残基（）は、折り畳まれたタンパク質に近接していることを示唆しています</li></ol> 8.調査結果を選択すると保存<ol><li>目的の任意のエッジにコマンド+左クリックを使用しました。 StickWRLDコントロールペインには、列を示し、特定の残基を接続し、 例えば、「（124 | G）（136 | H）」になります（ 図7）。実線は正の関連を表します。破線は負の関連を示しています。 </li><li>プレーンテキスト形式のファイルを保存するために「StickWRLDコントロール」パネルの「出力エッジ」ボタンを押してください（edge_residual.csv）参加残基およびそれらの実際の残存価額を含み、可視エッジのすべての/ StickWRLD / execの中/ディレクトリ。 </li></ol>

<ol>
	<li>Ray, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Addressing+the+unmet+need+for+visualizing+conditional+random+fields+in+biological+data.">Addressing the unmet need for visualizing conditional random fields in biological data.</a> BMC. 15, 202 (2014).</li><li>Sullivan, B. J., Durani, V., Magliery, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Triosephosphate+isomerase+by+consensus+design:+dramatic+differences+in+physical+properties+and+activity+of+related+variants.">Triosephosphate isomerase by consensus design: dramatic differences in physical properties and activity of related variants.</a> Journal of molecular biology. 413, 195-208 (2011).</li><li>Smith, M. A., Bedbrook, C. N., Wu, T., Arnold, F. 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C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MAVL/StickWRLD:+analyzing+structural+constraints+using+interpositional+dependencies+in+biomolecular+sequence+alignments.">MAVL/StickWRLD: analyzing structural constraints using interpositional dependencies in biomolecular sequence alignments.</a> Nucleic acids research. 34, W133-W136 (2006).</li><li>Ray, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MAVL/StickWRLD+for+protein:+visualizing+protein+sequence+families+to+detect+non-consensus+features.">MAVL/StickWRLD for protein: visualizing protein sequence families to detect non-consensus features.</a> Nucleic acids research. 33, W315-W319 (2005).</li><li>Ray, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Visual+Analytics+approach+to+identifying+protein+structural+constraints.">A Visual Analytics approach to identifying protein structural constraints.</a> IEEE. , 249-250 (2010).</li><li>Wheeler, T. J., Clements, J., Finn, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skylign:+a+tool+for+creating+informative,+interactive+logos+representing+sequence+alignments+and+profile+hidden+Markov+models.">Skylign: a tool for creating informative, interactive logos representing sequence alignments and profile hidden Markov models.</a> BMC bioinformatics. 15, 7 (2014).</li><li>Perrier, V., Burlacu-Miron, S., Bourgeois, S., Surewicz, W. K., Gilles, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetically+engineered+zinc-chelating+adenylate+kinase+from+Escherichia+coli+with+enhanced+thermal+stability.">Genetically engineered zinc-chelating adenylate kinase from Escherichia coli with enhanced thermal stability.</a> The Journal of biological chemistry. 273, 19097-19101 (1998).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

StickWRLDが正常にアデニル酸キナーゼのふたドメイン16、ならびにロー依存ターミネーター9の関連するDNA塩基、および古細菌のtRNAイントロンエンドヌクレアーゼ6標的部位における新規のスプライス部位特異性のようなのIPDを識別するために使用されています。これらのIPDは、アライメントの直接尋問を経て検出されませんでした。 StickWRLD各球が20個のアミノ酸残基のいずれかを表し、球の大きさは、その列内のその特定の残基（ 図4）の出現頻度を示す20「球」の列としてアラインメントの各位置を表示します。カラムは、異なる列（IPDを示す）で残渣を結ぶ稜線と、シリンダ内に配置されています。しきい値 - 対応する残基が、p値（有意）と残留（観察期待される）の両方を上回る頻度で​​共変動している場合、これらのエッジラインは、描かれています。 共起相互依存残基、またはのIPDの検出は、DNAまたはタンパク質配列アライメントの遠位領域において、標準的な配列アラインメントツール6を用いては困難です。このようなツールは、コンセンサス、またはモチーフ、シーケンスを生成するが、この合意は、多くの場合、単純な多数決平均で、1つ以上のサブモチーフを形成することができる共変動の関係伝えていません - 共進化をする傾向がある残基のグループを。近隣の依存関係を検出することが可能であってもHMMモデルは、正確にモデルのシーケンスは、遠位のIPD 5とモチーフができません。そして、実際には、最適ではない可能性があり、このような計算の合意に基づいて、操作されたタンパク質 - 結果は、計算されたコンセンサスは、実際には天然には見出されない「合成」配列であってもよいということです。実際には、ADK用はPfam HMMは、キメラテトラモチーフの半分を含有するタンパク質、およびH、S、D、Tモチーフの半分は、機能的に同じように受け入れ可能であることを示唆しています任意の実際に存在するADKなど。このようなキメラ（およびこれらのモチーフの他の多くのblendings）は4,19触媒死んでいるように、これは、そうではありません。 相関関係を探しているとき、それは残留閾値は任意のエッジが見られ、その後徐々に戻ってダウンしきい値を傾斜されるレベルより上のしきい値を設定することにより、関連する相関の発見を可能にするように調整することが重要です。これは唯一の最も重要なエッジが最初に考慮されることを保証します。 別のアプローチは、非常に低く設定残留閾値から始めることです。これは、すべての重要なエッジの表示になります。ここから残留しきい値がゆっくりパターンが出現するまで、エッジがドロップアウトすることを可能にする、増加させることができます。特定のノード（ 例えば、ドメイン知識の適用）を含めることを探しているときに、このアプローチはあまり有用ではあるが、VIとしてStickWRLDを使用すると、予期しない関係の発見を可能にしますUAL分析ツールは、データの可視化の新興パターンを発見します。 StickWRLDは、表示装置の解像度と同様に実行されているシステムの使用可能なメモリによって主に制限されます。そこStickWRLDを調べることができ、データポイントの数に理論上の制限がなく、20,000の位置までのシーケンスがテストされているが、実際のStickWRLDに約1,000箇所までの配列と最適なパフォーマンスを発揮します。 StickWRLDの主な利点は、互いにcovary残基の群を同定する能力です。これは、単純な統計平均であり、考慮に共進化をとらない統計的コンセンサス配列、従来の方法より重要な利点です。いくつかのケースでは共変動残基は単に系統の人工物であるかもしれないが、でも、これらの残基は、「選択のテスト」を耐え、そのように関数Aを損なう可能性は低いましたそれらを含むように操作される任意のタンパク質のリティ。 合成変異体を設計する前に、標準的なDNAまたはタンパク質配列のコンセンサス/モチーフ中のIPDを識別するStickWRLDを使用して、エラーの可能性を減少させ、機能の迅速な最適化をサポートするが、それはStickWRLDは一般相関同定ツールとして使用することができることに留意すべきであるとタンパク質データのみに限定されるものではありません。 StickWRLDを目視任意の適切に符号化されたデータセット内の変数の同時のoccuranceを発見するために使用することができます。

タンパク質アラインメントは、長いタンパク質ファミリーにおける残基の類似性を評価するために使用されてきました。よくあるタンパク質（ 例えば、触媒または他の結合部位）の最も興味深い特徴は、接触線状配列の末端領域をもたらすタンパク質の折りたたみの結果であり、結果として整合的にこれらの明らかに無関係な領域が発展し、中に変更される場合があります協調。他の場合には、タンパク質の機能は、その静電署名に依存することができ、電子双極子に影響を与える変異は遠い荷電残基への変化によって補償されます。アロステリック効果も同一残基の間の長距離シーケンシャルおよび空間依存性を誘発することができます。関係なく、その起源の、残基のこれらの機能的に必要な共変動-インターの位置依存性（のIPD）は-アライメント（ 図1）の目視検査では明らかではないかもしれません。のIPDの同定 - などのこれらの位置内の特定の残基がユニットとしてcovaryする傾向がある - タンパク質の折り畳みのプロセスや機能部位の形成に関する重要な手がかりを明らかにすることができます。この情報は、熱安定性および活性の点で合成（操作された）タンパク質を最適化するために使用することができます。それは長いコンセンサスに向かっていないすべての点変異が改善された安定性または活性をもたらすことが知られています。さらに最近では、その配列内の既知のIPDを利用するように設計されたタンパク質は、点変異3を安定化させるという考えに類似厳密コンセンサス1,2（準備中の原稿）から設計同じタンパク質、より高い活性をもたらすことが示されています。 残念ながら、伝統的な合意形成モデルは、（ 例えば、多数決では）唯一の偶然のIPDをキャプチャします。コンセンサスと位置特定のスコアリングマトリックス法は、のIPDの無知であり、唯一の「正しく」ときに依存残基、モデルに含めますまた、家族の中でそれらの位置のための最も人気のある残基です。彼らは順番に近接しているとき、マルコフ連鎖モデルは、のIPDをキャプチャすることができますが、その典型的な実装は、即時シーケンシャル隣人以外のすべてを無視し、依存関係は以上にシーケンスで分離されている場合でも、彼らの最高の、隠れマルコフモデルの計算（ 図2参照 ）に難治性となりますダースかそこら4位。これらのIPDは、本質的に、単純な「多数決」によって予測することができない「サブモチーフ」、あるいはHMMベースのコンセンサスモデル5,6を形成するので、結果だけではない自然の中で見たことがないが、ある生物学的に無効「コンセンサス」することができます任意の現存のタンパク質未満生存可能。このようなグレムリン7、これらの問題を克服する試みとして、マルコフ確率場に基づくシステム、。このような連続していない組み換え3,8のような洗練された生化学的/生物学的な手法は、IDEに使用することができますまた、一方地域別ntify必須タンパク質要素は、それらが単一塩基対の精度が達成されるためにかなりの時間とベンチワークを必要とします。 StickWRLD 9は、のIPDは明瞭で理解し易いことができるタンパク質アライメントのインタラクティブな3D表現を作成するPythonベースのプログラムです。アラインメント中の各位置は、各列が球、整列内のその位置に存在し得る20アミノ酸の各々について1つのスタックで構成されているディスプレイの列として表されます。球のサイズは、ユーザがすぐに簡単に球体の大きさを見ることで、その位置内のコンセンサス残基またはアミノ酸の相対的分布を収集することができるように、アミノ酸の出現頻度に依存します。各位置を表す列は、シリンダの周りにラップされます。これは、明確な「視線」をアライメント中の各位置での可能なアミノ酸を表すすべての球を与えます他のすべての位置で他のすべてのアミノ酸可能に。可視化の前に、StickWRLDは9のIPD を識別するための残基のすべての可能な組み合わせの間の相関の強さを算出します。のIPDを表現するために、行がでcoevolving残基間に描かれている位置に存在する残基は、（のIPD）独立していた場合に予想されるよりも高い、または低いです。 だけでなく、配列位置が進化対話この視覚化のショーをしたが、IPDのエッジラインが各列のアミノ酸球の間に描かれているように、ユーザはすぐに特定のアミノ酸が各位置でcoevolvingする傾向があるかを決定することができます。ユーザが回転し、探求可視化IPDの構造を、同様に動的StickWRLDのIPDのための強力な発見ツール作り、相関関係の表示を制御する統計的しきい値を変更する能力を有しています。 このようなグレムリン7 similなどのアプリケーションArlyの残基との間の複雑な関係情報を表示する - しかし、これらの関係は、任意の条件付き関係を決定するために設計されていない、より伝統的なマルコフモデルを介して計算されます。このように、これらの2次元投影として表示されることが可能です。これとは対照的に、StickWRLDは、2Dグラフ（エッジ閉塞として知られる現象）としてレンダリング場合難読化することができるマルチノードの条件付き依存関係を計算して表示することができます。 StickWRLDの3Dビューはまた、他のいくつかの利点を有します。 、パンニング回転、およびズーム - - ユーザが視覚的に操作できるようにすることで、2D表現に難読化されてもよいか、直感的な機能をより容易StickWRLDの3Dシリンダーに見ることができます。 StickWRLDはパターンや傾向を見るために、人間の脳のパターン認識能力の力を利用、基本的に視覚的な分析ツールであり、さまざまな観点からのデータを探索する能力は、これに適しています。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Mac or Ubuntu OS computer</td>
			<td>Various</td>
			<td>NA</td>
			<td>Any Mac or linux (e.g. Ubuntu) computer capable of running python &#38; associated shell scripts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Python programming language</td>
			<td>python.org</td>
			<td>NA</td>
			<td>Python version 2.7.6 or greater recommended</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>wxPython library</td>
			<td>wxpython.org</td>
			<td>NA</td>
			<td>Latest version recommended</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SciPy library</td>
			<td>scipy.org</td>
			<td>NA</td>
			<td>Latest version recommended</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PyOpenGL library</td>
			<td>pyopengl.sourceforge.net</td>
			<td>NA</td>
			<td>Latest version recommended</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>StickWRLD Python scripts</td>
			<td>NCH BCCM</td>
			<td>NA</td>
			<td>Available from http://www.stickwrld.org</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fasta2stick.sh file converter</td>
			<td>NCH BCCM</td>
			<td>NA</td>
			<td>Available from http://www.stickwrld.org</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protein and/or DNA sequence data</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>Samples available at http://www.stickwrld.org</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimization of synthetic proteins: identification of interpositional dependencies indicating structurally and/or functionally linked residues

タンパク質アラインメントは、一般に、タンパク質残基の類似性を評価するために使用され、派生のコンセンサス配列は、機能ユニット（ 例えば、ドメイン）を同定するために使用されます。進化を通じておよび系統発生ツリーで同時に表示される傾向にある残基の機能的に必要な共変動 - 伝統的な合意形成モデルは、中間物挿入の依存関係を説明するために失敗します。これらの関係は、次に、合成タンパク質のエンジニアリングを通知するために使用することができるタンパク質のフォールディング、熱安定性、および機能部位の形成過程に関する重要な手がかりを明らかにすることができます。残念ながら、これらの関係は、基本的に単純な「多数決」、あるいはHMMベースのコンセンサスモデルによって予測することができず、結果は自然の中で見られないが、あまり実行可能であるんだけでなく、生物学的に無効な「コンセンサス」とすることができるサブモチーフを形成します任意の現存のタンパク質よりも。我々は、視覚的なANを開発しました明らかに、タンパク質アライメントのインタラクティブな3D表現を作成し、alyticsツール、StickWRLDは、残基を共変動表示されます。ユーザがパンおよびズーム、ならびに動的covariantsの同定の基礎となる統計的閾値を変更する能力を有します。 StickWRLDは、以前に成功し、そのようなアデニル酸キナーゼのようなタンパク質に、そのようなエンドヌクレアーゼの標的部位として、DNA配列に機能的に必要な共変動残基を同定するために使用されています。

StickWRLDは両方のDNA 3およびタンパク質15-17アラインメント中の残基の間の中間物挿入の依存関係（のIPD）を検出するために以前に使用されています。これらの共進化の残基は、配列アラインメントにおいて互いに頻繁に遠位ながら、多くの場合、折り畳まれたタンパク質において互いに近接しています。 StickWRLDは、このような部位の残基固有の共起の迅速な発見を可能にする例えば、位置のアラニンは、「x」は強く「y」の位置にスレオニンと相関しています。このような相関は、証明可能な構造関係を示すことができ、そして典型的には必要により、共進化し、サイトがあります。 StickWRLDはモチーフが失敗記述するためのHMMを用いて、接近した場合であっても、より「伝統的な」は、これらの関係を検出することができます。例えば、StickWRLDを使用してADK蓋ドメインのPFAMアラインメントの分析は、4位のシステイン（C）、図8と協調の間に強い正の相関を明らかに同時に、位置35及び38でのCのペアは、StickWRLDは、4でこれらとCのカルテットとの間には強い負の関係で、4と8でヒスチジン（H）およびセリン（S）との間に同様の強い正の相関を示しました8、35、38、及びそれぞれの位置35および38のアスパラギン酸（D）およびスレオニン（T）と強い正の相関。追加のIPDは、これらのIPDの条件付き性質を強調**** B·ズブチリスに位置**** 10と29でH、S、D、TモチーフとTとGの間に存在する - テトラモチーフは「注意して」いませんこれら2箇所のアイデンティティについて、親水性のH、Sながら、D、Tのトライアドは、ほぼ絶対的に、これらの位置における特定の残基を必要とします。これらの2つの完全に異なる位置依存残基モチーフは、ADKの蓋と同じ役割を果たすことができます。 Y（チロシン）は、位置135、及びP（proliで、 図6の132位におけるG（グリシン）との3ノードの関連付けを含むのIPDの大きなクラスタを見ることができるようにNE）141位で、前景（ 図6A）に表示されます。 図6Bに、ビューは136位と29位のM（メチオニン）、107残基遠方でH（ヒ ​​スチジン）の間のIPDを明らかに、わずかにシリンダーの上にユーザーを配置するために偏っていました。同じドメイン（ 図2）のPFAM HMM由来のモチーフは、一方、これらのような具体的に共同起きてモチーフ変異体を検出していないだけでなく、生物学的にサポートされていないスキーム16の全体的なグループを定義します。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/52878/52878fig1highres.jpg" width="500" /> B.図1.「地下鉄マップ」表現サブチリスアデノシンキナーゼ（ADK）フタドメイン構造。矢印はStickWRLDによってADK蓋ドメインのPFAMアラインメントで同定さのIPDを示しています。 StickWRLDが正しくクラスタO内のIPDを識別することが可能です折り畳まれたタンパク質に近接しているF残基。特に興味深いのは、ときに4位の残基の四分子のみIPDを形成する、位置9および29でTおよびG対である7、24、および27は、C、C、C、C）ではありません。表示された残基番号は、Bを表し、 枯草菌の位置ではなく、PFAMアラインメント位置。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52878/52878fig1highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/52878/52878fig2highres.jpg" width="700" /> 図2. Skylign 18隠れマルコフモデル（HMM）ADK蓋ドメインについての配列ロゴ。HMMの各位置も含め全体としてのモデルに、各サイトの寄与で確率を決定するための強力なツールですが、隠れマルコフモデルの位置独立性は、それらになりますのIPDを検出するには不向き。このモデルのいずれかを示唆していませんStickWRLD表現（ 図6）に見られる依存関係。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52878/52878fig2highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/52878/52878fig3.jpg" /> 図3. StickWRLDデータローダ。ユーザーは、既存のデモデータから選択するか、またはDNAまたはタンパク質配列アライメントの形で自分のデータをロードすることができます。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/52878/52878fig4highres.jpg" width="600" /> 図4. StickWRLDコントロールウィンドウ。コントロールパネルは、ユーザーがさまざまなビューのプロパティを変更するだけでなく、残基（のIPD）との関係を示すエッジ線の表示を制御するしきい値を調節することができます。典型的にはTを必要とするデフォルト値は赤で丸で囲みました<html> O任意のデータセットの最良の視聴のために調整すること。残存価値は、コネクタ/アソシエーション線が描画される（観察予想）のしきい値を設定します。コラムと玉ラベルのコントロールは、列の位置、そして残留値（ 例えば、アルギニンのための「A」）が表示されているかどうかを制御します。列を接続するエッジラインの表示のオンとオフを列エッジライン制御トグル - 密集したデータ·セットの場合、これは良いですオフ。列自体が表示されているか否か列の厚さのコントロール-非常に小さな値（ 例えば、0.1）にこれを設定するには、それが簡単にお互いの列を区別すること、カラム中球を介して線を描画します。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52878/52878fig4highres.jpg" target="_blank">こちらをクリックしてくださいこの図の拡大版を表示します。</a> <html> ghres.jpg &quot;幅=&quot; 600 &quot;/&gt; 図5.ロードアデニル酸キナーゼ蓋ドメインタンパク質のデータセットでStickWRLD OpenGLのウィンドウの最初のビューは、初期視点は配列アラインメント位置からなる筒を通して&quot;ダウン&quot;を検索します。ユーザーがマウスの左クリック＆ドラッグを使用して、シリンダーを回転させて、マウスの右クリック·ドラッグを使用して、ズームイン/アウトすることができます。デフォルトの表示は、共進化の小さな割合を示しているので、最初のビューは、非常に緻密です。多くのタンパク質の場合、この設定では、個別のモジュールを検出することができるが、それでも密共進化するタンパク質での表示を迅速かつインタラクティブにStickWRLDインタフェースを使用して、最も重要なのIPDを見つけるために簡素化することができる。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52878/52878fig5highres.jpg" target="_blank">の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてくださいこの図。</a> ghres.jpg &quot;幅=&quot; 700 &quot;/&gt; アデニル酸キナーゼ蓋ドメインタンパク質のStickWRLDの可視化の図6.クローズアップビュー。ここでは、0.2への残留のデフォルトを変更しました。これは、少数のエッジを示し、残基間のエッジを表示するための閾値を増加させます。残るエッジが強く関連するのIPDを示しています。また、ビューが回転し、エッジの見易さを可能にするために、ズームされています。 （A）のIPDの大きなクラスターは、132位のG（グリシン）との間の3ノードの関連を含め、最前面に表示され、位置141（B）のY位置135で（チロシン）、およびP（プロリン）ビューには、29、107残基離れた位置に位置136及びM（メチオニン）でH（ヒ ​​スチジン）の間のIPDを明らかに、わずかにシリンダーの上にユーザーを配置するために偏っていた。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52878/52878fig6highres.jpg" target="_blank">これの拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください図。</a><img alt="図7" src="/files/ftp_upload/52878/52878fig7.jpg" /> 図7. StickWRLDコントロールウィンドウ右下の情報ビュー。OpenGLのウィンドウでオブジェクト（ 例えば、球体またはエッジ）でCtrl +左クリックすると、StickWLRDコントロールウィンドウの右下のオブジェクトの情報が表示されます。ここでは、29位のメチオニン及び136位のヒスチジンの間のIPDエッジの情報を参照してください。

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Optimization of Synthetic Proteins: Identification of Interpositional Dependencies Indicating Structurally and/or Functionally Linked Residues

Synthetic protein sequences based on consensus motifs typically ignore co-evolving residues, that imply interpositional dependencies (IPDs). IPDs can be essential to activity, and designs that disregard them may result in suboptimal results. This protocol uses StickWRLD to identify IPDs and help inform rational protein design, resulting in more efficient results.

合成タンパク質の最適化：中間物挿入依存関係の同定構造的インジケートおよび/または機能的に連結された残基

Protein alignments are commonly used to evaluate the similarity of protein residues, and the derived consensus sequence used for identifying functional ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

7.2K ビュー.  The Research Institute at Nationwide Children's Hospital. Synthetic protein sequences based on consensus motifs typically ignore co-evolving residues, that imply interpositional dependencies (IPDs). IPDs can be essential to activity, and designs that disregard them may result in suboptimal results. This protocol uses StickWRLD to identify IPDs and help inform rational protein design, resulting in more efficient results.

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Qualitative Identification of Carboxylic Acids, Boronic Acids, and Amines Using Cruciform Fluorophores

Molecular cruciforms are X-shaped systems in which two conjugation axes intersect at a central core. If one axis of these molecules is substituted with electron-donors, and the other with electron-acceptors, cruciforms&#39; HOMO will localize along the electron-rich and LUMO along the electron-poor axis. This spatial isolation of cruciforms&#39; frontier molecular orbitals (FMOs) is essential to their use as sensors, since analyte binding to the cruciform invariably changes its HOMO-LUMO gap and the associated optical properties. Using this principle, Bunz and Miljani&#263; groups developed 1,4-distyryl-2,5-bis(arylethynyl)benzene and benzobisoxazole cruciforms, respectively, which act as fluorescent sensors for metal ions, carboxylic acids, boronic acids, phenols, amines, and anions. The emission colors observed when these cruciform are mixed with analytes are highly sensitive to the details of analyte&#39;s structure and - because of cruciforms&#39; charge-separated excited states - to the solvent in which emission is observed. Structurally closely related species can be qualitatively distinguished within several analyte classes: (a) carboxylic acids; (b) boronic acids, and (c) metals. Using a hybrid sensing system composed from benzobisoxazole cruciforms and boronic acid additives, we were also able to discern among structurally similar: (d) small organic and inorganic anions, (e) amines, and (f) phenols. The method used for this qualitative distinction is exceedingly simple. Dilute solutions (typically 10-6 M) of cruciforms in several off-the-shelf solvents are placed in UV/Vis vials. Then, analytes of interest are added, either directly as solids or in concentrated solution. Fluorescence changes occur virtually instantaneously and can be recorded through standard digital photography using a semi-professional digital camera in a dark room. With minimal graphic manipulation, representative cut-outs of emission color photographs can be arranged into panels which permit quick naked-eye distinction among analytes. For quantification purposes, Red/Green/Blue values can be extracted from these photographs and the obtained numeric data can be statistically processed.

Cross-conjugated cruciform fluorophores based on 1,4-distyryl-2,5-bis(arylethynyl)benzene and benzobisoxazole nuclei can be used to qualitatively identify diverse Lewis acidic and Lewis basic analytes. This method relies on the differences in emission colors of the cruciforms that are observed upon analyte addition. Structurally closely related species can be distinguished from each other.

カルボン酸、ボロン酸、およびアミンの定性的同定は十字フルオロフォアを使用

Molecular cruciforms are X-shaped systems in which two conjugation axes intersect at a central core. If one axis of these molecules is substituted with ...

化学

Towards Biomimicking Wood: Fabricated Free-standing Films of Nanocellulose, Lignin, and a Synthetic Polycation

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and lignin. Layer-by-layer (LbL) assembly process which relies on the assembly of oppositely charged molecules from aqueous solutions was used to build a freestanding composite film of isolated wood polymers of lignin and oxidized nanofibril cellulose (NFC). To facilitate the assembly of these negatively charged polymers, a positively charged polyelectrolyte, poly(diallyldimethylammomium chloride) (PDDA), was used as a linking layer to create this simplified model cell wall. The layered adsorption process was studied quantitatively using quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) and ellipsometry. The results showed that layer mass/thickness per adsorbed layer increased as a function of total number of layers. The surface coverage of the adsorbed layers was studied with atomic force microscopy (AFM). Complete coverage of the surface with lignin in all the deposition cycles was found for the system, however, surface coverage by NFC increased with the number of layers. The adsorption process was carried out for 250 cycles (500 bilayers) on a cellulose acetate (CA) substrate. Transparent free-standing LBL assembled nanocomposite films were obtained when the CA substrate was later dissolved in acetone. Scanning electron microscopy (SEM) of the fractured cross-sections showed a lamellar structure, and the thickness per adsorption cycle (PDDA-Lignin-PDDA-NC) was estimated to be 17 nm for two different lignin types used in the study. The data indicates a film with highly controlled architecture where nanocellulose and lignin are spatially deposited on the nanoscale (a polymer-polymer nanocomposites), similar to what is observed in the native cell wall.

The objective of this research was to form synthetic plant cell wall tissue using layer-by-layer assembly of nanocellulose fibrils and isolated lignin assembled from dilute aqueous suspensions.&#160; Surface measurement techniques of quartz crystal microbalance and atomic force microscopy were used to monitor the formation of the polymer-polymer nanocomposite material.

Nanocellulose、リグニンから製造自立フィルム、合成ポリカチオン：Biomimickingウッドに向けて

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and ...

Stabilizing Hepatocellular Phenotype Using Optimized Synthetic Surfaces

Currently, one of the major limitations in cell biology is maintaining differentiated cell phenotype. Biological matrices are commonly used for culturing and maintaining primary and pluripotent stem cell derived hepatocytes. While biological matrices are useful, they permit short term culture of hepatocytes, limiting their widespread application. We have attempted to overcome the limitations using a synthetic polymer coating. Polymers represent one of the broadest classes of biomaterials and possess a wide range of mechanical, physical and chemical properties, which can be fine-tuned for purpose. Importantly, such materials can be scaled to quality assured standards and display batch-to-batch consistency. This is essential if cells are to be expanded for high through-put screening in the pharmaceutical testing industry or for cellular based therapy. Polyurethanes (PUs) are one group of materials that have shown promise in cell culture. Our recent progress in optimizing a polyurethane coated surface, for long-term culture of human hepatocytes displaying stable phenotype, is presented and discussed.

This article will focus on developing polymer coated surfaces for long-term, stable culture of stem cell derived human hepatocytes.

最適化された合成表面を使用した肝細胞表現型の安定化

Currently, one of the major limitations in cell biology is maintaining differentiated cell phenotype. Biological matrices are commonly used for culturing ...

Diffuse Reflectance Infrared Spectroscopic Identification of Dispersant/Particle Bonding Mechanisms in Functional Inks

In additive manufacturing, or 3D printing, material is deposited drop by drop, to create micron to macroscale layers. A typical inkjet ink is a colloidal dispersion containing approximately ten components including solvent, the nano to micron scale particles which will comprise the printed layer, polymeric dispersants to stabilize the particles, and polymers to tune layer strength, surface tension and viscosity. To rationally and efficiently formulate such an ink, it is crucial to know how the components interact. Specifically, which polymers bond to the particle surfaces and how are they attached? Answering this question requires an experimental procedure that discriminates between polymer adsorbed on the particles and free polymer. Further, the method must provide details about how the functional groups of the polymer interact with the particle. In this protocol, we show how to employ centrifugation to separate particles with adsorbed polymer from the rest of the ink, prepare the separated samples for spectroscopic measurement, and use Diffuse Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (DRIFTS) for accurate determination of dispersant/particle bonding mechanisms. A significant advantage of this methodology is that it provides high level mechanistic detail using only simple, commonly available laboratory equipment. This makes crucial data available to almost any formulation laboratory. The method is most useful for inks composed of metal, ceramic, and metal oxide particles in the range of 100 nm or greater. Because of the density and particle size of these inks, they are readily separable with centrifugation. Further, the spectroscopic signatures of such particles are easy to distinguish from absorbed polymer. The primary limitation of this technique is that the spectroscopy is performed ex-situ on the separated and dried particles as opposed to the particles in dispersion. However, results from attenuated total reflectance spectra of the wet separated particles provide evidence for the validity of the DRIFTS measurement.

Formulation of stable, functional inks is critical to expanding the applications of additive manufacturing. In turn, knowledge of the mechanisms of dispersant/particle bonding is required for effective ink formulation. Diffuse Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (DRIFTS) is presented as a simple, inexpensive way to gain insight into these mechanisms.

機能性インク中の分散剤/粒子​​結合機構の反射赤外分光識別を拡散

In additive manufacturing, or 3D printing, material is deposited drop by drop, to create micron to macroscale layers.  A typical inkjet ink is a colloidal ...

Curtain Flow Column: Optimization of Efficiency and Sensitivity

Active Flow Technology (AFT) is a form of column technology that increases the separation performance of a HPLC column through the use of a specially purpose built multiport end-fitting(s). Curtain Flow (CF) columns belong to the AFT suite of columns, specifically the CF column is designed so that the sample is injected into the radial central region of the bed and a curtain flow of mobile phase surrounding the injection of solute prevents the radial dispersion of the sample to the wall. The column functions as an 'infinite diameter' column. The purpose of the design is to overcome the radial heterogeneity of the column bed, and at the same time maximize the sample load into the radial central region of the column bed, which serves to increase detection sensitivity. The protocol described herein outlines the system and CF column set up and the tuning process for an optimized infinite diameter 'virtual' column.

Here, we present a protocol for the operation and optimization of Active Flow Technology (AFT) column in Curtain flow (CF) mode for enhanced separation performance.

カーテンフローカラム：効率の最適化と感度

Active Flow Technology (AFT) is a form of column technology that increases the separation performance of a HPLC column through the use of a specially ...

The Preparation and Properties of Thermo-reversibly Cross-linked Rubber Via Diels-Alder Chemistry

A method for using Diels Alder thermo-reversible chemistry as cross-linking tool for rubber products is demonstrated. In this work, a commercial ethylene-propylene rubber, grafted with maleic anhydride, is thermo-reversibly cross-linked in two steps. The pending anhydride moieties are first modified with furfurylamine to graft furan groups to the rubber backbone. These pendant furan groups are then cross-linked with a bis-maleimide via a Diels-Alder coupling reaction. Both reactions can be performed under a broad range of experimental conditions and can easily be applied on a large scale. The material properties of the resulting Diels-Alder cross-linked rubbers are similar to a peroxide-cured ethylene/propylene/diene rubber (EPDM) reference. The cross-links break at elevated temperatures (&#62; 150 &#176;C) via the retro-Diels-Alder reaction and can be reformed by thermal annealing at lower temperatures (50-70 &#176;C). Reversibility of the system was proven with infrared spectroscopy, solubility tests and mechanical properties. Recyclability of the material was also shown in a practical way, i.e., by cutting a cross-linked sample into small parts and compression molding them into new samples displaying comparable mechanical properties, which is not possible for conventionally cross-linked rubbers.

A simple two-step approach involving rubber modification and cross-linking yields fully reworkable, elastic rubber products.

サーモ可逆架橋ゴム経由アルダー化学の合成と性質

A method for using Diels Alder thermo-reversible chemistry as cross-linking tool for rubber products is demonstrated. In this work, a commercial ...

Synthesis of Platinum-nickel Nanowires and Optimization for Oxygen Reduction Performance

Platinum-nickel (Pt-Ni) nanowires were developed as fuel cell electrocatalysts, and were optimized for the performance and durability in the oxygen reduction reaction. Spontaneous galvanic displacement was used to deposit Pt layers onto Ni nanowire substrates. The synthesis approach produced catalysts with high specific activities and high Pt surface areas. Hydrogen annealing improved Pt and Ni mixing and specific activity. Acid leaching was used to preferentially remove Ni near the nanowire surface, and oxygen annealing was used to stabilize near-surface Ni, improving durability and minimizing Ni dissolution. These protocols detail the optimization of each post-synthesis processing step, including hydrogen annealing to 250 &#176;C, exposure to 0.1 M nitric acid, and oxygen annealing to 175 &#176;C. Through these steps, Pt-Ni nanowires produced increased activities more than an order of magnitude than Pt nanoparticles, while offering significant durability improvements. The presented protocols are based on Pt-Ni systems in the development of fuel cell catalysts. These techniques have also been used for a variety of metal combinations, and can be applied to develop catalysts for a number of electrochemical processes.

&#160; The protocol describes the synthesis and electrochemical testing of platinum-nickel nanowires. Nanowires were synthesized by the galvanic displacement of a nickel nanowire template. Post-synthesis processing, including hydrogen annealing, acid leaching, and oxygen annealing were used to optimize nanowire performance and durability in the oxygen reduction reaction.

ナノワイヤーの合成プラチナ ニッケルと酸素還元性能の最適化

Platinum-nickel (Pt-Ni) nanowires were developed as fuel cell electrocatalysts, and were optimized for the performance and durability in the oxygen ...

Color Spot Test As a Presumptive Tool for the Rapid Detection of Synthetic Cathinones

Synthetic cathinones are a large class of new psychoactive substances (NPS) that are increasingly prevalent in drug seizures made by law enforcement and other border protection agencies globally. Color testing is a presumptive identification technique indicating the presence or absence of a particular drug class using rapid and uncomplicated chemical methods. Owing to their relatively recent emergence, a color test for the specific identification of synthetic cathinones is not currently available. In this study, we introduce a protocol for the presumptive identification of synthetic cathinones, employing three aqueous reagent solutions: copper(II) nitrate, 2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline (neocuproine) and sodium acetate. Small pin-head sized amounts (approximately 0.1-0.2 mg) of the suspected drugs are added to the wells of a porcelain spot plate, and each reagent is then added dropwise sequentially before heating on a hotplate. A color change from very light blue to yellow-orange after 10 min indicates the likely presence of synthetic cathinones. The highly stable and specific test reagent has the potential for use in the presumptive screening of unknown samples for synthetic cathinones in a forensic laboratory. However, the nuisance of an added heating step for the color change result limits the test to laboratory application and decreases the likelihood of an easy translation to field testing.

Here we present a simple, inexpensive, and selective chemical spot test protocol for the detection of synthetic cathinones, a class of new psychoactive substances. The protocol is suitable for use in various areas of law enforcement that encounter illicit material.

合成 Cathinones の急速な検出のための推定ツールとして色スポット テスト

Synthetic cathinones are a large class of new psychoactive substances (NPS) that are increasingly prevalent in drug seizures made by law enforcement and ...

Characterization of Synthetic Polymers via Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight (MALDI-TOF) Mass Spectrometry

There are many techniques that can be employed in the characterization of synthetic homopolymers, but few provide as useful of information for end group analysis as matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS). This tutorial demonstrates methods for optimization of the sample preparation, spectral acquisition, and data analysis of synthetic polymers using MALDI-TOF MS. Critical parameters during sample preparation include the selection of the matrix, identification of an appropriate cationization salt, and tuning the relative proportions of the matrix, cation, and analyte. The acquisition parameters, such as mode (linear or reflector), polarization (positive or negative), acceleration voltage, and delay time, are also important. Given some knowledge of the chemistry involved to synthesize the polymer and optimizing both the data acquisition parameters and the sample preparation conditions, spectra should be obtained with sufficient resolution and mass accuracy to enable the unambiguous determination of the end groups of most homopolymers (masses below 10,000) in addition to the repeat unit mass and the overall molecular weight distribution. Though demonstrated on a limited set of polymers, these general techniques are applicable to a much wider range of synthetic polymers for determining mass distributions, though end group determination is only possible for homopolymers with narrow dispersity.

Characterization of Synthetic Polymers via Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight MALDI-TOF Mass Spectrometry

A protocol for the matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) characterization of synthetic polymers is described including the optimization of sample preparation, spectral acquisition, and data analysis.

マトリクスによる合成高分子のキャラクタリゼーション支援レーザー脱離イオン化時間 (MALDI Tof) 質量分析装置

There are many techniques that can be employed in the characterization of synthetic homopolymers, but few provide as useful of information for end group ...

A Facile Synthetic Method to Obtain Bismuth Oxyiodide Microspheres Highly Functional for the Photocatalytic Processes of Water Depuration

Bismuth oxyhalide (BiOI) is a promising material for sunlight-driven-environmental photocatalysis. Given that the physical structure of this kind of materials is highly related to its photocatalytic performance, it is necessary to standardize the synthetic methods in order to obtain the most functional architectures and, thus, the highest photocatalytic efficiency. Here, we report a reliable route to obtain BiOI microspheres via the solvothermal process, using Bi(NO3)3 and potassium iodide (KI) as precursors, and ethylene glycol as a template. The synthesis is standardized in a 150 mL autoclave, at 126 &#176;C for 18 h. This results in 2-3 &#181;m-sized mesoporous microspheres, with a relevant specific surface area (61.3 m2/g). Shortening the reaction times in the synthesis results in amorphous structures, while higher temperatures lead to a slight increase in the porosity of the microspheres, with no effect in the photocatalytic performance. The materials are photo-active under UV-A/visible light irradiation for the degradation of the antibiotic ciprofloxacin in water. This method has demonstrated to be effective in interlaboratory tests, obtaining similar BiOI microspheres in Mexican and Chilean research groups.

This article describes a synthetic method to obtain bismuth oxyiodide microspheres, which are highly functional to perform the photocatalytic removal of organic pollutants, such as ciprofloxacin, in water under UV-A/visible light irradiation.

水洗水の光触媒プロセスのビスマス Oxyiodide 微粒子高機能を取得する簡便な合成法

Bismuth oxyhalide (BiOI) is a promising material for sunlight-driven-environmental photocatalysis. Given that the physical structure of this kind of ...