ROSETTA使用技巧随笔--relax使用

Purpose:

　　主要说目的，relax的作用就是对一个给定的蛋白进行构象搜索，寻找与WT相似并能量低于WT的结构，既包含packer又包含minimizer。主要的应用在对一个结构构象进行取样，获得一个构象assembly，同时还能应用于相似结构的比较，结构优化等，它主要能对空间结构中的clash进行释放，使整个结构的能量更优。

Demos：

　　关于relax的教程及相关文件可见 <path_to_Rosetta_directory>/demos/tutorials/Relax_Tutorial ，主要讲述了一些对结构进行优化的参数，方法等。

Run:

　　1. relax最简单的运行方式为 relax.linuxgccrelease -s 1ubq.pdb -out:suffix _crystal @crystal_score_flags ，其中crystal_score_flags为空文件，这一步命令的主要作用是产生score_crystal.sc文件并让大家熟悉relax最简单的运行方式，注意score中的total_score。

　　2. 然后，运行 relax.linuxgccrelease -s 1ubq.pdb -out:suffix _relaxed @general_relax_flags ，general_relax_flags的详细参数如下：

-nstruct 2
-relax:default_repeats 5
-out:path:pdb ./tutorial_output
-out:path:score ./expected_output

　　其中第一行的参数表示rosetta将进行两次独立的relax进程并产生两个relax后的结构( -nstruct  )，每个独立的进程进行5此循环侧链repack和minimization( -relax:default_repeats  )， -out:path:xx 参数控制结果输出路径，pdb文件输出到./tutorial_output路径中( -out:path:pdb ./tutorial_output )，score文件输出到./expect_output文件中( -out:path:score ./expected_output )。

　　比较1和2的结果，你会发现score文件中total_score有显著的差别，因为1中参数规定根据晶体能量函数对结构进行优化，2中根据其内部评分函数对结构进行优化，并将蛋白质优化到一个local minimum。

　　参数 -relax:default_repeats N  规定可以对结构循环几次，由1到10，但是经过尝试发现，随着N值增加，优化的效果会逐渐递减，N=5作为默认值，即可达到一个速度时间与效果的最优值，所以N值可以不变，N=5不变的话，这个选项也可以忽略。

Modifying the scope of Relax

Restricting the conformations that Relax can sample

使用下面的参数可以为relax提供一个movemap文件，

 -in:file:movemap

执行下面命令：

$>../../../main/source/bin/relax.default.linuxclangrelease -s 1ubq.pdb -out:suffix _lever_arm -in:file:movemap lever_arm_movemap @general_relax_flags

下面参数可以分别控制蛋白侧链，主链和domain间的move，

 -relax:chi_move false
 -relax:bb_move false
 -relax:jump_move false

使用下面的命令可以对上述三项参数进行测试：

$>../../../main/source/bin/relax.default.linuxclangrelease -s 1ubq.pdb -relax:chi_move false -out:suffix _no_sidechain_motion @general_relax_flags

$>../../../main/source/bin/relax.default.linuxclangrelease -s 1ubq.pdb -relax:bb_move false -out:suffix _no_sidechain_motion @general_relax_flags　

$>../../../main/source/bin/relax.default.linuxclangrelease -s 1ubq.pdb -relax:jump_move false -out:suffix _no_sidechain_motion @general_relax_flags

rosetta还允许使用下面三个选项对relax进行控制，以避免蛋白出现较大不友好的构象变化，

-relax:constrain_relax_to_start_coords
-relax:coord_constrain_sidechains
-relax:constrain_relax_to_native_coords -in:file:native <filename.pdb>
-relax:coord_cst_width    <width>

第一个选项会控制relax生成与程序输入pdb( -s 1ubq.pdb )相差不大的构象，第二个参数生成与提供的 <filename.pdb> 构象相差不大的结果，第三个参数直接通过控制width距离的方法，对relax进行影响。

$>../../../main/source/bin/relax.default.linuxclangrelease -s 1ubq.pdb -out:suffix _constrained_relax -relax:constrain_relax_to_start_coords @general_relax_flags  

$>../../../main/source/bin/relax.default.linuxclangrelease -s 1ubq.pdb -out:suffix _constrained_relax -relax:constrain_relax_to_native_coords -in:file:native <filename.pdb> @general_relax_flags

$>../../../main/source/bin/relax.default.linuxclangrelease -s 1ubq.pdb -out:suffix _constrained_relax -relax:coord_cst_width    <width> @general_relax_flags

Changing the behavior of constraints

下面的参数可以解除relax过程中，伴随着程序运行时间变长，限制的权重逐渐降低的现象，简而言之，使用了此选项后，整个程序运行过程中，relax的过程将被绝对限制。

 -relax:ramp_constraints false

运行下面的命令，可以证明上述参数的作用：

$> ../../../main/source/bin/relax.default.linuxclangrelease -s 1ubq.pdb -out:suffix _relaxed_with_resfile -relax:respect_resfile -packing:resfile 1ubq.resfile @general_relax_flags

Restricting the sequence it can sample

通常情况下，relax不会改变需要relax的序列范围，但是我们可以通过使用resfile，来控制relax的序列范围，当然这个选项只能控制repack，不能控制minimization，这个与enzymedesign过程中的resfile方法类似，

 -relax:respect_resfile -packing:resfile *resfile*

允许下面的命令证明如何限制sequence：

$> ../../../main/source/bin/relax.default.linuxclangrelease -s 1ubq.pdb -out:suffix _relaxed_with_resfile -relax:respect_resfile -packing:resfile 1ubq.resfile @general_relax_flags

Conclusion

通常在不考虑 -ignore_unrecognized_res 和 -ignore_zero_occupancy false 的情况下，我们只需下面的options，即可完成relax，有时pdb中存在底物时，就需要用-extra_res_fa ligand.params文件作为输入了，general_relax_flags:

 -s xxx.pdb
 -nstruct 2  # big nstruct recommended
 -relax:default_repeats
 -out:suffix _relaxed
 -out:path:pdb  <path for pdb>
 -out:path:score  <path for score file>

然后可以根据需求，添加以下参数：

-relax:constrain_relax_to_start_coords
-relax:coord_constrain_sidechains
-ex1
-ex2
-use_input_sc
-flip_HNQ
-no_optH false

命令为:

relax.linuxgccrelease @general_relax_flags