LeDock盒子的确定——基于PyMOL Script
本帖最后由 小萌物 于 2018-2-4 11:26 编辑2018-2-4更新：发现原来的代码存在小bug，已修改后上传到附件。目前最新版支持LeDock、AutoDock和Vina的对接盒子获取，兼容python2/3。LeDock是苏黎世大学ZHAO Hongtao博士开发的一款跨平台(支持Win、Linux和Mac OS)分子对接软件，在速度和准确度上均呈现出强劲的优势，其对接准确性高于Gold http://bioms.org/thread-1222-1-1.html 。
LeDock对接盒子（Box）是由LePro获得的，盒子的格式如下：Binding pocket
xmin xmax
ymin ymax
zmin zmax类似的，AutoDock和AutoDock Vina的盒子格式如下：# Autodock Vina
--center_x xx.x --center_y xx.x --center_z xx.x --size_x xx.x --size_y xx.x --size_z xx.x
# AutoDock
npts npX npY npZ # num. grid points in xyz
spacing 0.375 # spacing (A)
gridcenter CenterX, CenterY, CenterZ # xyz-coordinates or auto3. 根据活性空腔的氨基酸确定盒子
LePro可以识别含有一个配体的蛋白活性空腔，但无法识别含多个小分子或离子或无配体蛋白活性空腔，如1MQ4。另外，由于没有图形界面，无法显示和调节盒子的位置。因此有必要用其他方法来获得盒子信息。论坛里eming用VMD和PyMOL Autodock Plugin分别实现了LeDock盒子信息的获取与显示 http://bioms.org/thread-1226-1-1.html。本来eming准备再写一个在PyMOL下获取盒子的教程，^_^我说我正好也在写这个代码，大神就把这个任务交给我了，感谢eming给我这次锻炼的机会，呵呵，做的不好的地方还请各位大虾指正。
首先介绍在PyMOL下获取盒子的原理和相应PyMOL Script代码的实现。对于不想看原理的伙伴们可以直接跳到下面看“用PyMOL Script编的PyMOL插件——GetBox Plugin”的安装和具体用法，基于这个插件可以在PyMOL中获取LeDock和Autodock Vina的盒子信息。1. 预处理蛋白
首先是去除溶剂分子和离子。防止干扰后面的操作。 cmd.remove('solvent') # 移除溶剂
removeions() #调用移除离子函数移除离子的代码： cmd.select("Ions", "((resn PO4) | (resn SO4) | (resn ZN) | (resn CA) | (resn MG) | (resn CL)) & hetatm") #这里还不完善
cmd.remove("Ions")2. 根据配体确定盒子
这个方法用于含有配体的蛋白，选定蛋白的A链中小分子突出显示，其中若含多个分子，则手动选择配体，以配体盒子（ligand box）几何中心为盒子中心，生成对接盒子（docking box,图 1）。下面是关键代码：cmd.select("ChaHet","hetatm & chain A") # 选中A链中小分子
cmd.show("sticks", "ChaHet") # 以stick模式显示小分子，以便于手动选定配体getbox("ChaHet",extending) # 以配体几何中心为盒子中心，生成盒子，extending是指将配体盒子延长的大小
图 1. 根据配体确定盒子的示意图，以3CL0为例
选定对象盒子空间位置和大小信息的获取代码（关键）：(,) = cmd.get_extent(selection) # 获得选定对象的盒子（ligand box），空间两点确定一个长方体
minX = minX - float(extending) # extending是指docking box相对于ligand box，在minX方向延长的长度，默认值为5埃
minY = minY - float(extending)
minZ = minZ - float(extending)
maxX = maxX + float(extending)
maxY = maxY + float(extending)
maxZ = maxZ + float(extending)3. 根据活性空腔的氨基酸确定盒子
这个方法可用于没有配体的蛋白质活性空腔的确定。选定空腔各方向的氨基酸（>=2），以氨基酸们盒子（residues box）的几何中心为盒子中心，生成对接盒子（docking box, 图 2）。注意：氨基酸一般选择文献报导的活性空腔的，如果没有文献报道的，就最好用活性空腔搜索软件来确定，如CASTp、PASS、Pocket-Finder、PocketPicker等。下面是关键代码： cmd.select("sele", ResiduesStr + " & chain A") # 选定链A中ResiduesStr中出现的氨基酸
getbox("sele", extending) # 以氨基酸们的几何中心为盒子中心，生成盒子，原理与图1类似，但这里要注意extending大小的设置，默认值为5埃图 2. 根据文献报道的空腔氨基酸确定盒子的示意图，以3CL0为例
基于以上原理和方法，用PyMOL Script编了一个PyMOL的插件——GetBox Plugin，可以输出LeDock和Autodock Vina的盒子信息。首先介绍安装方法（图 3）：打开PyMOL->Plugin->Install Plugin->打开下面附件中的GetBox Plugin.py->重启PyMOL->安装成功，PyMOL的Pllugin工具栏会多出一个菜单项GetBox Plugin，有三个子菜单，分别为：Advanced usage、Autodetect box、Get box from selection (sele)。
图 3. GetBox Plugin 安装步骤
Autodetect box的功能是打开蛋白后一键自动获取盒子，相应代码为autobox 5.0，适用于A链中只有一个配体的蛋白分析。
Get box from selection (sele)的功能是在选定了配体或氨基酸后一键获取盒子，相应代码为getbox (sele), 5.0，适用于含有配体的蛋白分析，也适用于没有配体但有文献报道的蛋白。
Advanced usage是“高级用法”的介绍，是针对以上两种方法参数固定的缺陷而设计的，使用者可以用GetBox Plugin自带的函数灵活地进行盒子分析，参数设定请看原理，这些函数包括： * autobox (NOTES: solvent & some anions will be removed)
this function autodetects box in chain A with one click of mouse, but sometimes it fails for too much ligands or no ligand
e.g. autobox
* getbox ]
this function creates a box that around the selected objects (residues or ligands or HOH or others). Selecting ligands or residues in the active cavity reported in papers is recommended
e.g. getbox
e.g. getbox (sele), 6.0
* resibox ]
this function creates a box that arroud the input residues in chain A. Selecting residues in the active cavity reported in papers is recommended
e.g. resibox resi 214+226+245, 8.0
e.g. resibox resi 234 + resn HEM, 6.0
* showbox
this function creates a box based on the input axis, used to visualize box or amend box coordinate
e.g. showbox 2,3,4,5,6,7下面以3CL0为例，说明用法：法1：用PyMOL打开蛋白后，单击Autodetect box菜单项即可实现盒子识别，效果如图4和图5；
法2：在PyMOL命令窗口输入autobox 5.0可实现同样效果，若把默认值5.0改为其他数值，可以调节盒子的大小，如autobox 8.0；
法3:选择配体Oseltamivir后，单击Get box from selection (sele)菜单可实现相同效果；
法4：选择配体Oseltamivir后，在PyMOL命令窗口输入getbox或者getbox (sele), 5.0可实现同样效果，可以调节盒子的大小，如getbox (sele), 8.0；
法5：查阅文献可以知道这活性空腔的氨基酸编号，在PyMOL命令窗口输入resibox resi 151+274+371, 5.0可实现类似效果。
另外，可以通过showbox函数 绘制box或调整box位置和大小。从图2中，可以看出， 有一小部分空穴没有包在box里，需要增大MaxY，减小MinZ。下图中盒子代码为showbox -40.4 , -23.2,-65.0 ,-47.5,0.8, 15.4，在PyMOL命令窗口输入showbox -40.4 ,-23.2,-65.0 ,-46.5,-0.5, 15.4可实现Y和Z方向的改变。
ps. 在PyMOL中配体的选择有很多种方法，例如：1. 打开蛋白序列窗口查看蛋白序列，一般配体在序列末端，点击即可选中；2. 打开蛋白质时会有配体信息，直接用select(sele)，resn"配体缩写（一般为三个字符）" ，即可选中；3. 在图形窗口，点击All->A->present->ligand sites->cartoon即可显示配体；4. 采用GetBox Plugin 的Autodetect box菜单或autobox命令，即可选中配体分子（ChaHet）为球状模型，若隐藏其他lines、cartoon就很清晰。
如不懂参数设定，请看原理部分
图 4. 3CL0盒子示意图
图 5. 3CL0盒子对活性位点氨基酸包合情况示意图
在PyMOL的输出窗口中生成的盒子信息：*********AutoDock Vina Binding pocket*********
--center_x -31.8 --center_y -56.2 --center_z 8.1 --size_x 17.2 --size_y 17.5 --size_z 14.6
*********AutoDock Grid Option*********
npts 45 46 38 # num. grid points in xyz
spacing 0.375 # spacing (A)
gridcenter -31.800 -56.250 8.100 # xyz-coordinates or auto
*********LeDock Binding pocket*********
Binding pocket
-40.4 -23.2
-65.0 -47.5
0.8 15.4
BoxCode(box_3387) = showbox -40.4, -23.2, -65.0, -47.5, 0.8, 15.4
GetBox PyMOL Plugin下载地址:
感谢论坛eming对边框着色和showbox的代码改进建议，感谢fireflying对LeDock相关问题的解答。^_^
相关LeDock的介绍请看以下链接：
LeDock官方网站 http://lephar.com
绿色免安装Windows图形界面分子对接软件LeDock http://www.bioms.org/forum.php?mod=viewthread&tid=1197
LeDock基础教程 http://bioms.org/forum.php?mod=viewthread&tid=1227#lastpost
LeDock盒子的确定 http://bioms.org/thread-1226-1-1.html
LeDock金属酶分子对接教程 http://bioms.org/thread-1229-1-1.html
LeDock分子对接与虚拟筛选性能评测 http://bioms.org/thread-1222-1-1.html
LeDock版块 http://bioms.org/forum-117-1.html
最近偶然发现原来的代码有点小问题：1. 对python 3.x不支持；2. 在PyMOL 1.8中运行出错。
目前已修改bug，并增加对AutoDock盒子的输出，兼容Python 2.x， python 3.x和PyMOL 1.x。最新版请见原文更新的附件。欢迎提出改进意见，谢谢。
目前插件分析结果的输出格式如下，支持LeDock，AutoDock和Vina：
# LeDock
Binding pocket
xmin xmax
ymin ymax
zmin zmax
# Autodock Vina
--center_x xx.x --center_y xx.x --center_z xx.x --size_x xx.x --size_y xx.x --size_z xx.x
# AutoDock.gpf文件中的盒子格式
npts npX npY npZ # num. grid points in xyz # XYZ轴上的格点数
spacing 0.375 # spacing (A) #格点间距离 （单位：埃）
gridcenter CenterX, CenterY, CenterZ # xyz-coordinates or auto # 盒子中心坐标
下图为AutoDock中对接盒子的设置界面，可以看出，上面的代码格式中包含了所需参数。
http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=attachment&filename=6.jpg&id=137622
17110209 发表于 2016-8-11 17:27
好吧，谢谢萌神！不过我还有一个疑问，用Ledock对接后的结果，怎么显示结合部位？比如氢键什么的？谢谢 ...
LeDock对接后会产生一个.dok文件，.dok文件本质上是.pdb文件，可以用不同的软件来分析对接结果（比如PyMOL、Discovery Studio、ligplot+、VMD等等）；举个pymol的例子：pymol打开蛋白，去除小分子后，再打开.dok文件（建议打开之前用记事本打开.dok文件，将END替换为ENDMDL，这样更好分析），再依次点击All->A(Action)->Present->ligand site->cartoon就会显示出氢键作用。如果用别的软件分析，最好将.dok文件中你需要的构象保存为.pdb再在别的软件中分析，Discovery Studio、ligplot+等都是支持pdb的，这些软件比PyMOL分析的信息多一些，自己选择吧，都很好用，但就图好看程度而言，首先推荐PyMOL。 17110209 发表于 2016-8-11 13:58
各位前辈们好，为啥我安装过插件后，在Pymol里选择生成BOX的时候却成了如图这个样子，偏离的太远了，什么情 ...
这个插件的原理是根据大分子中包含的小分子（不包括水、离子）的坐标来确定box的坐标和大小，所以如果你的大分子里面没有小分子配体，用自动获取Box（Autodetect box）就会出现问题。不过可以通过pymol选定一个或多个活性空穴附近的残基或小分子（最好是有文献报道的），按Get box from selection可以生成box。可以再通过showbox代码调整box位置和大小。 well done 小萌物 赞一个:lol 很棒，支持一个 点个赞！！！ 小萌物要萌倒众生的节奏啊 生成的盒子怎么用到LeDock里？是另存为一个pdb文件吗？ xufund 发表于 2015-4-5 20:05
生成的盒子怎么用到LeDock里？是另存为一个pdb文件吗？
如上图所示，将PyMOL中获得盒子信息复制粘贴到LeDock中即可。
注：PyMOL输出窗口只能用“CTRL+C”快捷键复制；如果不能复制，可输入“zoom”命令后再复制。
谢谢！以后多指教啊 很有启发性 赞一个！