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在复杂的机体内，蛋白质一般通过与DNA、蛋白质等生物大分子发生相互作用，从而发挥其生物学特性。其中，蛋白质-核酸相互作用在许多生物过程中发挥着重要作用，如转录、复制和翻译等。可以说，蛋白质与核酸之间的相互作用贯穿整个生命活动。在核酸-蛋白质相互作用中，热点残基在分子识别过程中贡献了绝大部分的亲和力，对核酸-蛋白质界面动态热点分析具有重要的意义。热点残基通常被认为是药物设计项目中化合物分子潜在的结合位点。动态特性是影响配体结合的重要因素，因此对于核酸-蛋白质界面热点残基动态分析显得尤为重要。

过去生物学实验是分析蛋白质与核酸之间的主要方式。但是这种方法成本比较昂贵且预测效率低下。近些年，研究核酸-蛋白质间相互作用的计算方法弥补了生物学实验方法中成本和效率的局限，从而得到了研究者广泛的关注。

目前多种计算机方法用于预测蛋白质-核酸界面热点残基分析，但是都忽略了残基的动态分析。2021年1月，Guang-Fu Yang等在Briefings in Bioinformatics期刊上发表了题为“HISNAPI: a bioinformatic tool for dynamic hot spot analysis in nucleic acid–protein interface with a case study”的论文弥补了上述的缺陷。

网站服务器地址：

http://chemyang.ccnu.edu.cn/ccb/server/HISNAPI/index.php/home/index

或

http://agroda.gzu.edu.cn:9999/ccb/server/HISNAPI/

工作原理

HISNAPI基本思路是利用蛋白质-核酸静态三维构象，进行分子动力学模拟，生成构象系综模型，FoldX力场计算野生型和突变型的束缚自由能大小，并利用束缚能差值识别热点残基，最后进行动态属性分析。

主要优势

1.该数据库可以用于蛋白质-核酸界面的热点残基动态分析。

2.该数据库操作步骤少，使用非常简便。上传研究项目后，研究者可以随时查看自己的任务状态，包括预计完成时间、是否完成状态等。

3.可以用于COVID-19治疗药物的设计。HISNAPI曾经分析并应用SARS-CoV-2 RNA依赖的RNA聚合酶的热点残基和动态行为。

主要功能

Site-directed mutations模式

丙氨酸突变在特定位置的，研究者需下载核酸-蛋白质复合物的基本构象或者输入PDB ID，然后输入感兴趣的蛋白质链Protein Chain ID（如A）,再输入单个或多个突变位点。Na+/Cl+浓度可自行指定，也可以留空，由系统自动中和。

Single-chain scanning模式

此模式下，研究者同样需下载核酸-蛋白质复合物的基本构象或者输入PDB ID；接着输入感兴趣的蛋白质链Protein Chain ID（如A）；另外研究者还需要提供界面距离(Å)，一般设置为4 Å。Na+/Cl+浓度可自行指定，也可以不输入，由系统自动中和。

主要结果

HISNAPI动态热点残基分析结果主要包含三方面：Hotspots identifications（热点残基识别）、 Binding Free Energy Change（束缚自由能变化）和Hotspots Dynamics Analysis（热点残基动态分析）。

热点残基识别

一般束缚自由能差大于等于1.0 kcal/mol，即可认为是热点残基。热点残基识别主要分为热点预测（Hotspots prediction）和分子可视化(molecule visualization)。HISNAPI会将预测到的热点标红，并在图形中呈现出来。

束缚自由能变化

束缚自由能变化指的是野生型与突变型之间的束缚能差异。束缚自由能变化主要包含束缚能变化和主成分束缚自由能变化。同时为了更直观的观察结果，研究者还将束缚能变化和主成分束缚自由能变化做成直方图形式，供使用者分析查看。

热点残基动态分析

热点残基动态分析包括均方根涨落(RMSF)、动力学交叉相关图(DCCM)、简正模分析法(NMA)、主成分分析(PCA)和蛋白质-核酸界面氢键统计分析。

案例操作

HISNAPI网页提供了蛋白质-核酸复合物样本蛋白文件-example.pdb。所以此次实操直接用这个样本。

·进入HISNAPI主页

http://chemyang.ccnu.edu.cn/ccb/server/HISNAPI/index.php/home/index

并点击Submit，进入工作页面。

·单击Single-chain scanning，并选择其模式。

·点击run an example后上传example.pdb，其余参数设置为Protein Chain ID：A，Interfacial distance:4Å，其余留空后，点击upload上传任务，随后会弹出一个成功上传页面，并会自动给予一个Job Id，即N420cevwy935582.

·查看任务状态。点击Jobs，出现任务列表。这个列表可以查看任务预估时间（calculation time）和任务状态（status）。

·当任务状态显示为finished时，即表示已经完成任务。可以点击Job Id号（N420cevwy935582）查看结果数据。

·进入页面我们可以直接点击Download Results下载分析结果。

注：此推文未经许可禁止转载！

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