DockQ로 도킹 모델 품질 측정하기

Bioinformatics

Tip

Docking

Author

Taeyoon Kim

Published

September 9, 2024

Modified

November 12, 2024

DockQ 는 단백질, DNA 및 저분자 화합물 도킹 모델에 대한 품질을 측정하는 도구입니다. DockQ 점수는 0 에서 1 까지의 범위로 측정되며 품질은 아래와 같이 정의됩니다.

0.00 <= DockQ < 0.23 - 부정확한 모델
0.23 <= DockQ < 0.49 - 허용 가능한 품질의 모델
0.49 <= DockQ < 0.80 - 중간 품질의 모델
0.80 <= DockQ < 1.00 - 고품질의 모델

1 설치

공식 리포에서는 가상환경을 사용하지 않고 pip 명령어를 바로 사용하는데 그건 최악의 방법입니다. 나중에 생기는 의존성 문제를 피하기 위해서는 먼저 가상환경을 생성하고 설치해야 합니다. 아래 두가지 방법을 추천합니다.

Note

numpy >= 2.0 버전을 설치하면 오류가 발생하기 때문에 1.23.4 버전을 사용하세요.

1.1 pixi 를 사용하는 방법

git clone https://github.com/bjornwallner/DockQ/
cd DockQ
pixi init .
pixi add "python=3.9.1"
pixi add "numpy=1.23.4"
pixi shell

1.2 uv 를 사용하는 방법

git clone https://github.com/bjornwallner/DockQ/
cd DockQ
uv venv venv
source venv/bin/activate
(venv) uv pip install numpy==1.23.4
(venv) uv pip install .

2 DockQ 사용법

설치를 완료하면 아래의 명령어로 DockQ 를 실행할 수 있습니다.

pixi run DockQ <model> <native>

2.1 명령어 예시

하나 이상의 인터페이스가 있는 모델/원형 단백질 복합체에서 DockQ 를 실행하면 각 인터페이스에 대한 결과를 얻을 수 있습니다. 결과는 모든 인터페이스에서 평균을 최대화하도록 계산됩니다:

pixi run DockQ examples/1A2K_r_l_b.model.pdb examples/1A2K_r_l_b.pdb

플래그 --short 를 사용하면 더 간결한 출력을 볼 수 있습니다.

2.2 단백질 - 단백질 결합 스코어링

기본적으로 DockQ 는 원본 인터페이스와 모델에 있는 인터페이스 간에 최적의 매핑을 찾으려고 시도합니다.

가장 간단한 경우는 호모다이머가 모델링된 경우입니다. 그런 다음 원본의 인터페이스 AB(원래 체인 A 와 B 사이) 를 모델 AB 인터페이스와 비교할 수 있지만 체인의 순서를 변경하면 일반적으로 결과가 변경 되므로 BA 와도 비교할 수 있습니다. DockQ homodimer_model.pdb homodimer_native.pdb 명령어를 입력하면 소프트웨어가 가장 높은 DockQ 점수를 가진 매핑 (AB -> AB 또는 AB -> BA) 값을 출력합니다.

사용자가 특정 매핑을 적용하려면 --mapping 플래그를 사용할 수 있습니다. 이는 예를 들어 모델/원형에 많은 수의 상동 (homologous) 사슬이 포함되어 있는 경우 계산 속도를 높일 수 있어 유용합니다.

2.2.1 완전 매핑

사용자는 원본 체인과 모델 체인 간의 전체 매핑을 정의합니다: --mapping MODELCHAINS:NATIVECHAINS. 예를 들어, 앞의 경우 두 가지 가능한 매핑이 있을 수 있습니다:

--mapping AB:AB(원본 체인 A 는 모델 체인 A 에, 원본 체인 B 는 모델 B 에 해당)
--mapping AB:BA(원본 체인 A 는 모델 체인 B 에, 원본 체인 B 는 모델 A 에 해당)

콜론 : 앞의 쌍은 모델에서 체인 순서를 정의하고, 뒤의 쌍은 원본에서 순서를 정의합니다.

2.2.2 부분 매핑

사용자가 매핑의 일부를 수정하고 나머지는 DockQ 가 최적화하도록 하려는 경우 와일드카드를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 테트라머에 모델에 ABCD 체인이 있고 원본에는 WXYZ 체인이 있는 경우 아래 명령어를 사용합니다.

--mapping A*:W*

여기서 와일드카드 * 는 DockQ 가 A -> W 를 고정된 상태로 유지하면서 BCD 와 XYZ 사이의 매핑을 최적화해야 함을 나타냅니다. 두개의 체인을 고정하는 경우는 아래 명령어를 사용합니다.

--mapping AD*:WY*

2.2.3 원본 인터페이스의 하위 집합으로 검색 제한하기

사용자가 원본 인터페이스 중 하나 이상의 특정 인터페이스에 관심이 있고 나머지는 무시해야 하는 경우 다음 명령어를 사용합니다.

--mapping *:WX

그러면 DockQ 가 모델에서 네이티브의 WX 인터페이스와 가장 잘 일치하는 인터페이스를 찾습니다. 여러 원본 인터페이스를 사용하는 경우 명령어는 아래와 같습니다.

--mapping *:WXY

2.3 단백질 - 저분자 화합물 결합 스코어링

단백질과 동일한 방식으로 PDB 또는 mmCIF 파일의 저분자를 스코어링하고 매핑을 최적화할 수 있습니다. --small_molecules 플래그를 추가하기만 하면 됩니다:

# 헤모글로빈 사슬(네이티브의 사슬 A와 B)과 HEM 및 PO4 그룹(사슬 E, F, G)의 도킹을 비교합니다.
$ DockQ examples/1HHO_hem.cif examples/2HHB_hem.cif --small_molecule --mapping :ABEFG --short

Note

저분자에 대해서는 LRMSD 값만 출력됩니다.

참고로 저분자 화합물은 PDB/mmCIF 파일에 포함되어야 합니다. 또한 별도의 체인 식별자가 있어야 합니다 (mmCIF 파일에서는 label_asym_id 필드가 사용됩니다).

2.4 단백질 - DNA/RNA 결합 스코어링

DNA 와 관련된 인터페이스는 단백질 인터페이스와 마찬가지로 똑같이 점수가 매겨집니다. 단백질-DNA 또는 DNA-DNA 인터페이스에 대해서는 단백질-단백질 인터페이스와 동일한 방식으로 DockQ 점수가 계산됩니다. 이중 나선 사슬의 경우 두 개의 DockQ 점수가 출력됩니다.

3 다른 기능들

사용 가능한 명령어에 대한 목록을 보려면 -h/--help 와 함께 DockQ 를 실행하세요.

3.1 파이썬 모듈로 DockQ 사용하기

DockQ 를 설치한 후에는 파이썬 코드에서 모듈로 사용할 수도 있습니다.

from DockQ.DockQ import load_PDB, run_on_all_native_interfaces

model = load_PDB("examples/1A2K_r_l_b.model.pdb")
native = load_PDB("examples/1A2K_r_l_b.pdb")

# model:native 체인에 대한 인터페이스를 딕셔너리 형태로 매핑
chain_map = {"A":"A", "B":"B"}
# 결과는 딕셔너리 형태로 반환.
run_on_all_native_interfaces(model, native, chain_map=chain_map)

3.2 단일 수용체 또는 리간드에 여러 사슬 병합하기

여러 개의 사슬 (예를 들면 항체의 중쇄와 경쇄 사슬) 을 단일 수용체 또는 리간드로 병합하려면 이슈 #33 을 참고하세요.

4 참고 사항

4.1 인용하기

DockQ 를 사용하는 경우 아래 프리프린트를 인용하세요.https://doi.org/10.1101/2024.05.28.596225

4.2 pixi 의존성 파일

[tool.pixi.project]
channels = ["conda-forge"]
platforms = ["linux-64"]

[tool.pixi.pypi-dependencies]
dockq = { path = ".", editable = true }

[tool.pixi.dependencies]
numpy = "1.23.4.*"
python = "3.9.1.*"
biopython = ">=1.84,<2"
jupyterlab = ">=4.2.4,<5"

--- title: "DockQ로 도킹 모델 품질 측정하기" author: "Taeyoon Kim" categories: [Bioinformatics, Tip, Docking] draft: false date: "2024-09-09" date-modified: last-modified --- ![](Intsall_DockQ.png){width=100% fig-align="center"} [DockQ](https://github.com/bjornwallner/DockQ) 는 단백질, DNA 및 저분자 화합물 도킹 모델에 대한 품질을 측정하는 도구입니다. `DockQ` 점수는 0 에서 1 까지의 범위로 측정되며 품질은 아래와 같이 정의됩니다. ```bash 0.00 <= DockQ < 0.23 - 부정확한 모델 0.23 <= DockQ < 0.49 - 허용 가능한 품질의 모델 0.49 <= DockQ < 0.80 - 중간 품질의 모델 0.80 <= DockQ < 1.00 - 고품질의 모델 ``` # 설치 공식 리포에서는 가상환경을 사용하지 않고 `pip` 명령어를 바로 사용하는데 그건 최악의 방법입니다. 나중에 생기는 의존성 문제를 피하기 위해서는 먼저 가상환경을 생성하고 설치해야 합니다. 아래 두가지 방법을 추천합니다. :::{.callout-note} `numpy >= 2.0` 버전을 설치하면 오류가 발생하기 때문에 `1.23.4` 버전을 사용하세요. ::: ## pixi 를 사용하는 방법 ```bash git clone https://github.com/bjornwallner/DockQ/ cd DockQ pixi init . pixi add "python=3.9.1" pixi add "numpy=1.23.4" pixi shell ``` ## uv 를 사용하는 방법 ```bash git clone https://github.com/bjornwallner/DockQ/ cd DockQ uv venv venv source venv/bin/activate (venv) uv pip install numpy==1.23.4 (venv) uv pip install . ``` # DockQ 사용법 설치를 완료하면 아래의 명령어로 `DockQ` 를 실행할 수 있습니다. ```bash pixi run DockQ <model> <native> ``` ## 명령어 예시 하나 이상의 인터페이스가 있는 모델/원형 단백질 복합체에서 `DockQ` 를 실행하면 각 인터페이스에 대한 결과를 얻을 수 있습니다. 결과는 모든 인터페이스에서 평균을 최대화하도록 계산됩니다: ```bash pixi run DockQ examples/1A2K_r_l_b.model.pdb examples/1A2K_r_l_b.pdb ``` 플래그 `--short` 를 사용하면 더 간결한 출력을 볼 수 있습니다. ## 단백질 - 단백질 결합 스코어링 기본적으로 `DockQ` 는 원본 인터페이스와 모델에 있는 인터페이스 간에 최적의 매핑을 찾으려고 시도합니다. 가장 간단한 경우는 호모다이머가 모델링된 경우입니다. 그런 다음 원본의 인터페이스 `AB`(원래 체인 `A` 와 `B` 사이) 를 모델 `AB` 인터페이스와 비교할 수 있지만 체인의 순서를 변경하면 일반적으로 결과가 변경 되므로 `BA` 와도 비교할 수 있습니다. `DockQ homodimer_model.pdb homodimer_native.pdb` 명령어를 입력하면 소프트웨어가 가장 높은 `DockQ` 점수를 가진 매핑 (`AB -> AB` 또는 `AB -> BA`) 값을 출력합니다. 사용자가 특정 매핑을 적용하려면 `--mapping` 플래그를 사용할 수 있습니다. 이는 예를 들어 모델/원형에 많은 수의 상동 (homologous) 사슬이 포함되어 있는 경우 계산 속도를 높일 수 있어 유용합니다. ### 완전 매핑 사용자는 원본 체인과 모델 체인 간의 전체 매핑을 정의합니다: `--mapping MODELCHAINS:NATIVECHAINS`. 예를 들어, 앞의 경우 두 가지 가능한 매핑이 있을 수 있습니다: - `--mapping AB:AB`(원본 체인 A 는 모델 체인 A 에, 원본 체인 B 는 모델 B 에 해당) - `--mapping AB:BA`(원본 체인 A 는 모델 체인 B 에, 원본 체인 B 는 모델 A 에 해당) 콜론 `:` 앞의 쌍은 모델에서 체인 순서를 정의하고, 뒤의 쌍은 원본에서 순서를 정의합니다. ### 부분 매핑 사용자가 매핑의 일부를 수정하고 나머지는 `DockQ` 가 최적화하도록 하려는 경우 와일드카드를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 테트라머에 모델에 `ABCD` 체인이 있고 원본에는 `WXYZ` 체인이 있는 경우 아래 명령어를 사용합니다. ```bash --mapping A*:W* ``` 여기서 와일드카드 `*` 는 `DockQ` 가 `A` -> `W` 를 고정된 상태로 유지하면서 `BCD` 와 `XYZ` 사이의 매핑을 최적화해야 함을 나타냅니다. 두개의 체인을 고정하는 경우는 아래 명령어를 사용합니다. ```bash --mapping AD*:WY* ``` ### 원본 인터페이스의 하위 집합으로 검색 제한하기 사용자가 원본 인터페이스 중 하나 이상의 특정 인터페이스에 관심이 있고 나머지는 무시해야 하는 경우 다음 명령어를 사용합니다. ```bash --mapping *:WX ``` 그러면 DockQ 가 모델에서 네이티브의 WX 인터페이스와 가장 잘 일치하는 인터페이스를 찾습니다. 여러 원본 인터페이스를 사용하는 경우 명령어는 아래와 같습니다. ```bash --mapping *:WXY ``` ## 단백질 - 저분자 화합물 결합 스코어링 단백질과 동일한 방식으로 `PDB` 또는 `mmCIF` 파일의 저분자를 스코어링하고 매핑을 최적화할 수 있습니다. `--small_molecules` 플래그를 추가하기만 하면 됩니다: ```bash # 헤모글로빈 사슬(네이티브의 사슬 A와 B)과 HEM 및 PO4 그룹(사슬 E, F, G)의 도킹을 비교합니다. $ DockQ examples/1HHO_hem.cif examples/2HHB_hem.cif --small_molecule --mapping :ABEFG --short ``` :::{.callout-note} 저분자에 대해서는 LRMSD 값만 출력됩니다. ::: 참고로 저분자 화합물은 `PDB`/`mmCIF` 파일에 포함되어야 합니다. 또한 별도의 체인 식별자가 있어야 합니다 (`mmCIF` 파일에서는 `label_asym_id` 필드가 사용됩니다). ## 단백질 - DNA/RNA 결합 스코어링 DNA 와 관련된 인터페이스는 단백질 인터페이스와 마찬가지로 똑같이 점수가 매겨집니다. `단백질-DNA` 또는 `DNA-DNA` 인터페이스에 대해서는 `단백질-단백질` 인터페이스와 동일한 방식으로 `DockQ` 점수가 계산됩니다. 이중 나선 사슬의 경우 두 개의 `DockQ` 점수가 출력됩니다. # 다른 기능들 사용 가능한 명령어에 대한 목록을 보려면 `-h/--help` 와 함께 `DockQ` 를 실행하세요. ## 파이썬 모듈로 DockQ 사용하기 `DockQ` 를 설치한 후에는 파이썬 코드에서 모듈로 사용할 수도 있습니다. ```python from DockQ.DockQ import load_PDB, run_on_all_native_interfaces model = load_PDB("examples/1A2K_r_l_b.model.pdb") native = load_PDB("examples/1A2K_r_l_b.pdb") # model:native 체인에 대한 인터페이스를 딕셔너리 형태로 매핑 chain_map = {"A":"A", "B":"B"} # 결과는 딕셔너리 형태로 반환. run_on_all_native_interfaces(model, native, chain_map=chain_map) ``` ## 단일 수용체 또는 리간드에 여러 사슬 병합하기 여러 개의 사슬 (예를 들면 항체의 중쇄와 경쇄 사슬) 을 단일 수용체 또는 리간드로 병합하려면 이슈 [#33](https://github.com/bjornwallner/DockQ/issues/33) 을 참고하세요. # 참고 사항 ## 인용하기 `DockQ` 를 사용하는 경우 아래 프리프린트를 인용하세요.[https://doi.org/10.1101/2024.05.28.596225](https://doi.org/10.1101/2024.05.28.596225) ## pixi 의존성 파일 ```{.pixi.toml} [tool.pixi.project] channels = ["conda-forge"] platforms = ["linux-64"] [tool.pixi.pypi-dependencies] dockq = { path = ".", editable = true } [tool.pixi.dependencies] numpy = "1.23.4.*" python = "3.9.1.*" biopython = ">=1.84,<2" jupyterlab = ">=4.2.4,<5" ```