Děj komplementarity - Complementarity plot - Wikipedia

Obrazový popis pozemku komplementarity s jeho různými regiony
Distribuce bodů v grafu komplementarity odpovídajících postranním řetězcům pohřbených aminokyselin z proteinové krystalové struktury s vysokým rozlišením

The komplementární děj (CP) je grafický nástroj pro strukturální validaci atomových modelů pro oba skládané globulární proteiny a rozhraní protein-protein.[1][2][3] Je založen na pravděpodobnostní reprezentaci preferovaných aminokyselina orientace postranního řetězce, analogická s preferovanou orientací páteře na Ramachandranské pozemky ). Může to potenciálně sloužit k objasnění skládání bílkovin stejně jako vazba. Aktualizované verze softwarové sady jsou k dispozici a udržovány v github pro oba složené globulární proteiny[4] stejně jako inter-proteinové komplexy.[5] Tento software je součástí bioinformatického nástroje sady OmicTools[6] a nástroje Delphi.[7]

Pozadí

Validace trojrozměrných proteinových krystalových struktur je tradičně založena na mnoha parametrech od (i) distribuce zbytků v Ramachandran spiknutí,[8][9] ii) odchylky od ideálu,[10][11] pro délky a úhly vazby, (iii) krátké atomové kontakty (skóre stérického střetu),[12] (iv) distribuce konformátorů postranního řetězce (rotamerů)[13] a (v) parametry vodíkových vazeb.[14] Příchod grafu komplementarity jako nástroje strukturální validace proteinů v podstatě poskytuje konjugaci tradičních přístupů. CP detekuje jak lokální chyby v atomových souřadnicích, tak také správně přiřadí aminokyselinovou sekvenci k jejímu nativnímu trojrozměrnému násobku umístěnému uprostřed návnad. Graf komplementarity je založen na kombinovaném použití tvarové a elektrostatické komplementarity[1] kompletně / částečně pohřbených zbytků s ohledem na jejich prostředí tvořených zbytkem polypeptidového řetězce a je citlivým indikátorem harmonie nebo disharmonie vnitřních zbytků s ohledem na síly krátkého a dlouhého dosahu udržující přirozený záhyb. Termín „komplementární graf“ (CP) je možná nesprávné pojmenování, protože ve skutečnosti existují tři grafy, z nichž každý slouží danému rozsahu expozice rozpouštědlu vynesených reziduí (CP1, CP2, CP3 pro pohřební koše 1, 2, 3).

Obrázkový popis

Děj komplementarity byl do značné míry inspirován Ramachnadranovým spiknutím v jeho designu (ale ne v jeho fyzikálně-chemických atributech). Ramachandran Plot je svou povahou deterministický, CP je naopak pravděpodobnostní. Ramachandranův děj se zabývá torzními úhly hlavního řetězce a chyby v těchto parametrech jsou v podstatě lokálně omezené. Naproti tomu CP se zabývá geometrickým a elektrostatickým přizpůsobením vnitřních postranních řetězců s jejich lokálním a nelokálním sousedstvím. Disharmonie (ztracená existence) v těchto konjugovaných parametrech může vzniknout v důsledku velkého množství chyb pocházejících z vazebných úhlů nebo torzí z efektivně celého složeného polypeptidového řetězce. Analogicky k Ramachandranovu spiknutí se však oblast v rámci prvního obrysu nazývá „pravděpodobná“ (obdoba „povolené“ oblasti), mezi první a druhou konturou, „méně pravděpodobná“ („částečně povolená“) a mimo druhou obrys „nepravděpodobný“ („nepovolený“).

Aplikace

CP má mnoho aplikací v experimentální i ve výpočetní strukturní biologii.[2] Důkladné prozkoumání vlivu malých chyb v úhlech / torzích vazeb hlavního a postranního řetězce na celkový záhyb ukazuje, že CP je účinný při detekci těchto chyb, i když selhání dalších již existujících parametrů na základě zákazu místních sterické překrytí a odchylka od ideálu. Důsledky takových malých úhlových chyb nejsou lokálně omezeny, což má za následek geometrickou a elektrostatickou nesprávnost vnitřních zbytků v celém záhybu, potenciálně detekovatelných CP. Tyto chyby mohou vzniknout z (i) nesprávného přizpůsobení torzí bočního řetězce / nesprávného přiřazení rotameru (zvláště důležité pro struktury s nízkým rozlišením), ii) nesprávného sledování trajektorií hlavního řetězce během upřesnění (což má za následek chyby s nízkou intenzitou rozptýlené po celý polypeptidový řetězec). CP může také detekovat anomálie balení a zejména může potenciálně signalizovat nevyvážené částečné náboje uvnitř proteinových interiérů. Je to užitečné při modelování homologie a designu proteinů. Verze pozemku (CPint)[15] byl také vytvořen a zpřístupněn k testování podobných chyb v rozhraní protein-protein.


CPdok:

CPdok

Na rozdíl od zbytkových grafů je pro spiknutí komplementarity k dispozici také varianta, konkrétně CPdok [16] pro zakreslení hodnot jediného Sc, EC pro rozhraní protein-protein a tím ovlivnění kvality komplexní atomové struktury (buď experimentálně vyřešené, nebo výpočetně zabudované). Sc,[17] ES[18] jsou tvarové a elektrostatické komplementarity vypočítané pro „interagující povrchy protein-protein“ původně navržené Peterem Colmanem a spolupracovníky v 90. letech. CPdock byl primárně vyvinut jako skórovací funkce, která slouží jako počáteční filtr při dokování protein-protein a může být velmi užitečným nástrojem při navrhování proteinů.

Software

http://www.saha.ac.in/biop/www/sarama.html

Reference

  1. ^ A b Basu S, Bhattacharyya D, Banerjee R (2012) Samokomplementarita v proteinech: Překlenutí propasti mezi vazbou a skládáním. Biophys J 102: 2605–2614. doi: 10.1016 / j.bpj.2012.04.029 http://www.saha.ac.in/biop/www/sarama.html
  2. ^ A b Basu S, Bhattacharyya D, Banerjee R (2014) Aplikace grafu komplementarity při detekci chyb a validaci struktury proteinů. Indian J Biochem Biophys 51: 188–200
  3. ^ Basu S, Bhattacharyya D, Wallner B (2014) SARAMAint: Děj komplementarity pro rozhraní protein – protein. J Bioinforma Intell Control 3: 309–314. doi: 10.1166 / jbic.2014.1103
  4. ^ basu, sankar (26. června 2017). „SARAMA-updated: Complementarity Plot: A Structure Validation Tool for globular protein“.
  5. ^ basu, sankar (26. června 2017). „SARAMAint-updated: The Complementarity Plot for Protein-Protein Interface (CPint)“.
  6. ^ „SARAMA: bioinformatický nástroj pro validaci struktury | Analýza struktury proteinů“. omictools.
  7. ^ Skupina, profesor Emil Alexov. „Výpočetní biofyzika a bioinformatika“. compbio.clemson.edu.
  8. ^ Ramachandran, G.N., Ramakrishnan, C., Sasisekharan, V., Stereochemistry of polypeptide chain configurations. J.Mol. Biol., 1963, 7, 95-99.
  9. ^ Kleywegt, G.J., Jones, T.A., Phi / Psi-chology: Ramachandran revisited. Struktura., 1996, 4, 1395–1400.
  10. ^ Touw, W.G. a Vriend, G., O složitosti omezení rafinace podle Engha a Hubera: například úhel tau. Acta Cryst D, 2010, 66, 1341–1350.
  11. ^ Laskowski, R.A., MacArthur, M.W., Moss, D.S., Thornton, J.M., PROCHECK: program ke kontrole stereochemické kvality proteinových struktur. J. Appl. Crystallogr., 1993, 26, 283-291.
  12. ^ Davis, IW, Leaver-Fay, A., Chen, VB, Block, JN, Kapral, GJ, Wang, X., Murray, LW, Arendall, WB, III, Snoeyink, J., Richardson, JS, Richardson, DC „MolProbity: kontakty všech atomů a ověření struktury proteinů a nukleových kyselin. Nucl. Kyseliny. Res.,35, W375 – W383.
  13. ^ Shapovalov, M.S. a Dunbrack, R.L., Jr. Vyhlazená páteřně závislá rotamerová knihovna pro proteiny odvozené z adaptivních odhadů hustoty jádra a regresí. Struktura., 2001, 19, 844-858.
  14. ^ Hooft, R.W.W., Sander, C. a Vriend, G., Umístění atomů vodíku optimalizací sítí vodíkových vazeb v proteinových strukturách. Proteiny., 1996, 26, 363-376.
  15. ^ Basu, Sankar; Bhattacharyya, Dhananjay; Wallner, Björn (1. prosince 2014). „SARAMAint: Graf komplementarity pro rozhraní protein – protein“. Journal of Bioinformatics and Intelligent Control. 3 (4): 309–314. doi:10.1166 / jbic.2014.1103.
  16. ^ Basu, Sankar (07.12.2017). „CPdock: graf komplementarity pro dokování proteinů: implementace elektrostatiky multi-dielektrického kontinua“. Journal of Molecular Modeling. 24 (1): 8. doi:10.1007 / s00894-017-3546-r. ISSN  0948-5023. PMID  29218430.
  17. ^ Lawrence, M. C .; Colman, P. M. (1993-12-20). "Tvarová komplementarita na rozhraní protein / protein". Journal of Molecular Biology. 234 (4): 946–950. doi:10.1006 / jmbi.1993.1648. ISSN  0022-2836. PMID  8263940.
  18. ^ McCoy, A. J .; Chandana Epa, V .; Colman, P. M. (02.5.1997). "Elektrostatická komplementarita na rozhraní protein / protein". Journal of Molecular Biology. 268 (2): 570–584. doi:10.1006 / jmbi.1997.0987. ISSN  0022-2836. PMID  9159491.