榕树集-ROSETTA SCRIPT

DrugSci

发布于 2023-05-24 10:26:11

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前言：

Rosetta是大分子模型设计软件，拥有310万行代码和许多最先进的应用程序。自1990年代中期以来，这个软件由RosettaCommons共同开发维护。RosettaCommons是一个来自60多个机构的学术社区，具有包括化学、生物学、生理学、物理学、工程学、数学和计算机科学在内的不同学科背景。

Rosetta早期的代码库是用Fortran编写的，后来由Objexx Engineering机翻成C++。2005年夏季发布为Rosetta++（也称为Rosetta2）。在接下来的两年中，发现自动翻译对于软件的持续发展是不可行的，因此雇用了一名软件工程师来将软件转变为面向对象的库，称为librosetta。首次创建面向对象层次结构的尝试被证明是笨重的，最终被放弃，但是提供了中心对象和其间关系的参考。下一个面向对象的代码库重写是由两个核心开发人员（Andrew Leaver-Fay，Kuhlman实验室的成员和Fred Hutchinson癌症研究中心的Phil Bradley）在2007年夏季启动的，该代码最初被称为miniRosetta，后来成为Rosetta3，在2009年初发布。MiniRosetta还纠正了Rosetta++的设计缺陷，它是一个整体应用软件，其中输入选项允许调用许多不同的Protocol。而在Rosetta3中，Protocl通常是具有自己名称的独立应用程序。目前容纳了超过200个应用程序。

Rosetta还支持两个脚本接口：RosettaScripts是基于XML的接口，允许从模块化构建块开发协议而无需进行额外的编译；PyRosetta允许使用Python开发协议并轻松集成第三方工具。这些不同的接口都根源于2007年的Rosetta3代码库，该代码库仍在使用、开发和维护中。

简介：

2011年，Fleishman等人创建RosettaScripts，这是一种基于XML的接口，用于在 Rosetta 框架中指定建模任务。它允许在不需要修改或重新编译底层 C++ 代码的情况下快速测试和部署复杂的协议，因为RosettaScripts中使用的大多数对象都在网上有文档记录。RosettaScripts还得益于XML Schema Definition (XSD)框架，可以在运行时识别XML脚本中的错误，提供详细的错误消息，并且现在已经集成到用户面向文档中。其目前支持蛋白质稳定、生成计算约束库以选择更高亲和力的结合蛋白、loop remodel、小分子对接、配体结合蛋白的设计以及 DNA 结合蛋白的重设计等功能。

简单示例

<ROSETTASCRIPTS> 
  <SCOREFXNS> 
 </SCOREFXNS>  
  <RESIDUE_SELECTORS> 
 </RESIDUE_SELECTORS>  
  <FILTERS> 
 </FILTERS>  
  <SIMPLE_METRICS>  
  </SIMPLE_METRICS>  
  <TASKOPERATIONS>  
  </TASKOPERATIONS>  
  <MOVERS> 
 </MOVERS>  
  <PROTOCOLS> 
 </PROTOCOLS> 
</ROSETTASCRIPTS>

组成元素

RosettaScript是由一系列类XML的标签(Tag)组成的，可以递归地进行解析。XML的写作规则可以直接谷歌查询，这里不再赘述。每个Tag实例都包含两个映射关系：从字符串到字符串（例如选项），以及从字符串到Tag（子标签）。

一个RosettaScript包含五个Tag：MOVERS、FILTERS、SCOREFXNS、TASKOPERATIONS和PROTOCOLS。必须存在的Tag有MOVERS和PROTOCOLS。PROTOCOLS部分则定义了每次计算要执行的Movers和Filters的顺序。

Movers：

用于修改结构，XML中的基本组成对象，单一的Mover可以在不同的步骤中使用多次。

示例：

<MOVERS> 
 <PackRotamersMover name=“repack1” scorefxn=“ref2015” />  
</MOVERS>

解释：

使用的mover的名称 ?
分配给此Mover的自定义的名称，方便在XML中的其他地方引用 ?
其余的自定义设置

参见：

https://www.rosettacommons.org/docs/latest/scripting_documentation/RosettaScripts/Movers/Movers-RosettaScripts
https://www.rosettacommons.org/docs/latest/scripting_documentation/RosettaScripts/MoveMapFactories/MoveMapFactories-RosettaScripts

Filters

用于评估结构,来判断输出结构是否合适。如果输出结果不好，可以提前停止运行。也可以用于计算蛋白质度量(metrics)，但是建议使用Simple Metrics来进行计算。

示例：

<FILTERS> 
 <ScoreType name=“score_type_filter” scorefxn=“ref2015” score_type=“total_score” Threshold=“-500” /> 
 <AverageDegree name=“avg_deg” threshold=“8” distance_threshold=“10” task_operations=“rtiv” /> 
</FILTERS>

解释：

使用的Filter的名称 ?
分配给此Filter的自定义的名称，方便在XML中的其他地方引用 ?
其余的自定义设置,阈值等

Predefined Filters

参见：https://www.rosettacommons.org/docs/latest/scripting_documentation/RosettaScripts/Filters/Filters-RosettaScripts

ScoreFunction

用于评估结构能量,打分函数，可以自定义修改一些权重, 不同的动作可以使用不同的打分函数

示例：

<SCOREFXNS> 
 <ScoreFunction name=“ref2015” weights=“ref2015.wts” />  
  <ScoreFunction name=“ref2015_soft” weights=“ref2015_soft.wts”> 
  <Reweight scoretype=“atom_pair_constraint” weight=“1.0” /> </ScoreFunction> 
</SCOREFXNS>

Predefined Scorefunctions

talaris2014: 默认使用的全原子打分函数
talaris2013: talaris2014之前的版本
score12: talaris2013之前的默认得分函数（在命令行中需要使用“-restore_pre_talaris_2013_behavior”选项）
score_docking: 高分辨率对接得分函数（pre_talaris_2013_standard+docking_patch）
score_docking_low: 低分辨率对接得分函数（interchain_cen）
soft_rep: soft_rep_design权重
score4L: 用于循环重建的低分辨率得分函数（chainbreak权重开启）
commandline: 由命令行选项指定的得分函数（注意：不建议常规使用）

TaskOperations

选择残基，指定侧链移动的方式，指定允许设计的残基。Rosetta中的离散构象采样功能都是使用快速的Metropolis-Monte Carlo模拟退火引擎实现的，称为packer。packer用于搜索低能量的侧链构象组合。

TaskOperations一般有三种类型：

没有选项的操作：在整个Pose上应用的统一行为；
具有选项的操作：针对整个Pose应用基于选项（参数）的行为；
氨基酸级别的TaskOperations：行为应用于属于某个类别的Pose残基的子集。以下是一个例子：

示例：

<TASKOPERATIONS> 
 <ReadResfile name=“rrf” filename=“resfile” /> 
 <RestrictToRepacking name=“rtrp” /> 
 <RestrictResidueToRepacking name=“restrict_Y100” resnum=“100” /> 
</TASKOPERATIONS>  
<PackRotamersMover name=“repack1” taskoperations=“rtrp” />

Predefined TaskOperations???

参见：

https://www.rosettacommons.org/docs/latest/scripting_documentation/RosettaScripts/TaskOperations/TaskOperations-RosettaScripts
https://www.rosettacommons.org/docs/latest/scripting_documentation/RosettaScripts/TaskOperations/taskoperations_pages/Residue-Level-TaskOperations

RESIDUE_SELECTORS

它们根据不同的属性指定不同的残基集合。并且由mover、filter和task operations在运行时自己指定选择的残基运行。

示例：

<RESIDUE_SELECTORs> 
 <Chain name=“chA” chains=“A”/> 
</RESIDUE_SELECTORS> 
<MOVERS> 
 <AwesomeScienceMover name=“solve” residue_selector=“chA” />  
</MOVERS>

解释：

选择链A，命名为chA，并且在 solve这个mover中应用

Predefined RESIDUE_SELECTORS

参见： https://www.rosettacommons.org/docs/latest/scripting_documentation/RosettaScripts/ResidueSelectors/ResidueSelectors

SIMPLE_METRICS

? 用于计算蛋白质指标 ? 可以在Protocol的不同阶段运行，并将结果输出到得分文件中 ? 与 RunSimpleMetrics Mover 结合使用

示例：

<SIMPLE_METRICS> 
 <TotalEnergyMetric name=“total_energy” residue_selector=“L1” /> 
</SIMPLE_METRICS> 
<MOVERS> 
 <RunSimpleMetrics name="run_metrics1" metrics="total_energy" prefix="m1_" />  
</MOVERS>

解释：

计算整体能量命名为total_energy，选择子为L1，在run_metrics1这个mover中使用

Predefined SIMPLE_METRICS

参见：https://www.rosettacommons.org/docs/latest/scripting_documentation/RosettaScripts/SimpleMetrics/SimpleMetrics

Protocols

PROTOCOLS是XML的顺序部分，实际上指定了XML如何运行。

通常，PROTOCOLS部分是一系列<Add ../> Tags。每个标签将指定要应用的mover、filter和simple metric。

RosettaScript协议按顺序逐个步骤遍历每个子标签，并进行运算。

示例：

<PROTOCOLS> 
 <Add mover=“Repack1”/> 
 <Add mover=“Repack2” filter=“avg_deg” />  
  <Add mover=“iface” /> 
</PROTOCOLS>

运行方式

$> rosetta_scripts.static.macosclangrelease -s 1ubq.pdb -parser:protocol anything.xml

实例

以下实例均来自于：https://journals.plos.org/plosone/article/file?type=supplementary&id=10.1371/journal.pone.0020161.s001

注：注意检查拼写错误；可以使用tools/xsd_xrw/rewrite_rosetta_script.py重写老的XML；有问题直接邮件开发人员列表，SLACK，或者Rosetta论坛

Flexible backbone design

<ROSETTASCRIPTS> 
    <SCOREFXNS> 
        <ScoreFunction name="SFXN1" weights="score12_w_corrections">  
            <Reweight scoretype="atom_pair_constraint" weight="1.0"/> 
        </ScoreFunction> 
    </SCOREFXNS> 
    <TASKOPERATIONS> 
        <LayerDesign name="layer" layer="core_boundary_surface"/> 
    </TASKOPERATIONS> 
    <FILTERS> 
        <PackStat name="pstat" threshold="0.60"/> 
    </FILTERS> 
    <MOVERS> 
        <FlxbbDesign name="flxbb" ncycles="3" constraints_sheet="100.0" sfxn_design="SFXN1" sfxn_relax="SFXN1" clear_all_residues="1" task_operations="layer"/> 
    </MOVERS> 
    <PROTOCOLS> 
        <Add mover="flxbb"/> 
        <Add filter="pstat"/> 
    </PROTOCOLS> 
    <OUTPUT /> 
</ROSETTASCRIPTS>

Shell

rosetta_scripts.static.macosclangrelease -s motif.pdb -parser:protocol fbb.xml -restore_pre_talaris_2013_behavior

Protein-protein interface redesign and conformational sampling

<ROSETTASCRIPTS> 
  
 <TASKOPERATIONS> 
    ProteinInterfaceDesign name=pido repack_chain1=1 repack_chain2=1 design_chain1=0 design_chain2=1 interface_distance_cutoff=10/> task operation that designates which residues are designable and repackable at the interface 
 </TASKOPERATIONS> 
 
 <FILTERS> 
    <Ddg name="ddG" scorefxn="score12" threshold="-15" repeats="2"/> binding energy calculation; an average of two repeats is computed for better numerical accuracy 
    <Sasa name="sasa" threshold="800"/> Buried surface area upon complex formation 
    <Rmsd name="rmsd" confidence="0"/> confidence=0 means that the filter will be evaluated but not used as an acceptance criterion 
    <CompoundStatement name="ddg_sasa"> combine filters into a single logical statement 
      <AND filter_name="ddG"/> 
      <AND filter_name="sasa"/> 
    </CompoundStatement> 
 </FILTERS> 
 
 <MOVERS> 
    <Docking name="docking" score_high="soft_rep" fullatom="1" local_refine="1"/> Invokes RosettaDock local-refinement (in full-atom) with a soft potential 
    <BackrubDD name="backrubdd" partner1="0" partner2="1" interface_distance_cutoff="8.0" moves="1000" sc_move_probability="0.25" scorefxn="score12" small_move_probability="0.15" bbg_move_probability="0.25"/> perturb the backbone of chain2 
    <RepackMinimize name="des1" scorefxn_repack="soft_rep" scorefxn_minimize="soft_rep" minimize_bb="0" minimize_rb="1"/> 
    <RepackMinimize name="des2" scorefxn_repack="score12" scorefxn_minimize="score12" minimize_bb="0" minimize_rb="1"/> Design and minimizatio 
n at the interface 
    <RepackMinimize name="des3" minimize_bb="1"/> 
   
     <ParsedProtocol name="design"> 
      <Add mover_name="des1"/> 
      <Add mover_name="des2"/> 
      <Add mover_name="des3"/> 
      <Add mover_name="backrubdd"/> 
      <Add mover_name="des3" filter_name="ddg_sasa"/> 
    </ParsedProtocol> 
    <GenericMonteCarlo name="iterate" scorefxn_name="score12" mover_name="design" trials="10"/> 
 </MOVERS> 
   
 <PROTOCOLS> 
    <Add mover="docking"/> 
    <Add mover="iterate"/> 
    <Add filter="ddG"/> 
    <Add filter="sasa"/> 
    <Add filter="rmsd"/> 
  </PROTOCOLS> 
</ROSETTASCRIPTS>

flags

-s 2wpt.ppk.pdb 
-restore_pre_talaris_2013_behavior 
-ex1 
-ex2 
-extrachi_cutoff 5 
-ignore_unrecognized_res 
-run:constant_seed 
-nstruct 1 
-jd2:ntrials 10 
-parser:protocol flexbb-interfacedesign_2.xml 
-docking:no_filters 
-overwrite

Shell

rosetta_scripts.static.macosclangrelease @flags

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原始发表：2023-05-08，如有侵权请联系?cloudcommunity@tencent.com 删除

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