cuemol2/Anim_MolMorph

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分子の構造変化(morphing)

異なる構造をもつ２つの同一分子間の変化（変形=morphing）をアニメーションとして表示する場合に使用します．

CueMol2.2では，線形補間によるmorphingが使用できます． 線形補間によるmorphingでは，localなconformation changeをアニメーションすることが可能です．

本項目で説明するSample scene fileが以下からダウンロードできます．

• mol_morph1.qsc：　transducin-alphaの構造変化morphing

前準備

ここでは，transducin-alphaのGTP bound form (1TND) とGDP bound form (1TAG) 間の構造変化を例に説明します．

この2つの構造は分子としてはほとんど同じですが，各々PDBファイルに含まれる分子の位置が違ってしまっているため， まず両者を重ね合わせたPDBファイルを作成する必要があります．

この例では，1TAGを1TNDに重ね合わせることとします．

ファイルの読み込みと重ね合わせ

まず，1TAG, 1TND両者のファイルを読み込みます．PDBのサイトからダウンロード後「Open File...」から読み込んでも良いですし，「Get PDB using accession code...」を使用して直接PDBのサイトから読み込んでも構いません．（Documents/GUIのチュートリアル(CueMol2)/Step1参照）

1TAGは１つのchain(A)のみですが，1TNDは３つのchain (A,B,C)を含んでいます．1TAGは分子全体を，1TNDはchain Aに対してのみtrace rendererで表示させます．

次に，cuemol2/MolSuperposeの「Secondary Structure Matching」に従って，2つの分子を重ね合わせます． 1TAGをmovingに，1TNDをreferenceに設定し，1TNDのselectionに「c;A」を指定して， 重ね合わせを実行すると以下の図のようになります．

以上が完了したら，動かした方の1TAGをPDBファイルとして保存しておきます．メニュー「File」→「Save File As...」を実行し，1TAGを選択してOKを押し，その後表示されるファイル選択dialogでfile nameを1TAG-fit.pdbとして保存します．

MorphMol objectの作成

変化の始点となる構造の読み込み

まず，変化の始点となる構造を読み込みます． ここでは，すでに読み込まれている1TNDを変化の始点としますので特に操作は必要ありませんが， ディスク上にあるPDBファイルなどを始点とする場合は，先に読み込んでおきます．

MolCoordからMolMorph objectへの変換

Morphingを行うには，まず，PDBファイルを読み込んで作成されるMolCoord objectを， 線形補間morphingに対応したMolMorph objectに変換する必要があります．

メニュー「Tools」→「Mol morhping animation...」を実行すると，以下のようなdialogが表示されますので，MolMorphに変換したいMolCoord objectを選択します．

この例では，1TAGと1TNDがリストに表示されていますが，始点の構造の1TNDを選択し，OKボタンを押します．

以上の通り実行すると，以下のようなdialogが表示されます．

MolMorph objectへの構造座標の追加

以上の操作で，1TNDがMolMorph objectへ変換されました． 上記のdialogでは，MolMorph objectが保持している座標データの一覧が表示されています． 現在1つの座標データから変換して作成した直後なので，項目は１つ(this)しかありません．

次に，構造変化の終点に対応する座標1TAG-fitを追加します． 上記のdialogの「+」ボタンを押すと，ファイル選択dialogが表示されますので， 上記で重ね合わせ後保存しておいた，1TAG-fit.pdbを指定し読み込ませます． すると，以下のように終点に対応する座標の項目が追加されます．

終点の追加が完了したら，OKボタンを押してdialogを閉じます．

MorphMol objectの編集

MorphMol objectに保持されている座標データの編集をさらに行う場合は， メニュー「Tools」→「Mol morhping animation...」を実行すると，再び上記と同様のdialogが表示されます．

さらに座標を追加する場合は「+」を，不要な座標を削除する場合は項目を選択して「−」ボタンを押せば削除することが出来ます．

アニメーションの作成

アニメーションの追加

以上でmorphingを行う準備ができました． 次は実際にどのタイミングでどの程度の時間をかけてmorphingを行うかを，Animation panelから指定します．

上図のAnimation panelの「＋」ボタンを押し，「Mol Morphing」を選択すると， 以下のような設定dialogが表示されます．

この例では，0秒から1秒かけて始点から終点へと変形させるアニメーションを作成します．

まずStart timeが0:0:0.0に，Durationが0:0:1.0になっていることを確認し， Target MorphMolの項目で，上記で変換・作成した1TNDを選択します．

MolAnim settingsにある他の設定項目の意味は以下の通りになります．

Start value

Morphing開始点の構造を指定する．0はMorphMolが有する構造リスト中の最初の構造になる．逆に，1は最後の構造になる．

End value

Morphing終了点の構造を指定する．1はMorphMolが有する構造リスト中の最後の構造になる．逆に，0は最初の構造になる．

すなわち，Start value=1, End value=0にすると，逆方向の構造変化が起こることになります．

OKボタンを押すとanimation itemが追加され，Animation panelは下図のようになります．

アニメーションの実行

以上でmorphing animationの作成は完了しました． cuemol2/Anim_Basicの「アニメーションの実行」にある方法に従ってアニメーションを再生すると，構造の変形がアニメーションとして表示されます．

Chain Aについてリボン表示にし，さらに戻る構造変化（startValue=1→endValue=0）も追加すると， 以下のようなアニメーションになります．

注意点など

始点，終点等の分子構造の不一致

変化の始点や終点，あるいは中間点の分子座標について，それぞれすべて対応する残基・原子が存在していない場合は，それらの原子はmorhping計算から除外されます．

すなわち，(this)で表されるメイン座標に対応する原子が，他のサブ座標に存在しない場合はmorphing animation中その原子は静止したままとなります． 一方，メイン座標に無い原子がサブ座標にあった場合，それらは読み込み時に無視されます．

以上のような実装になっているため，全く同じ分子について異なる状態で決定された構造間のmorphingは簡単にできますが，似ているが異なるホモログ間の変形等は，そのままではうまく行きません． 各分子についてホモロジ―モデリング等でモデル構造を作成し，残基番号などをそろえることで， 正しくmorphingさせることが可能となります．

大きな構造変化

線形補間のmorphingでは，非常に大きなドメインレベルでの変化を表現するのは困難ですが， 他のソフトウェアで構造変化の中間構造を何個か作成し， それらを線形補間morphingでつなぎ合わせることでアニメーションを作成することができます．