Konformační soubory - Conformational ensembles - Wikipedia

Tento film zobrazuje 3-D struktury každé z reprezentativních konformací markovského státního modelu domény Pin1 WW.

Konformační soubory, také známý jako strukturální soubory jsou experimentálně omezené výpočetní modely popisující strukturu vnitřně nestrukturované proteiny.[1][2] Takové proteiny mají pružnou povahu a chybí jim stabilní terciární struktura, a proto je nelze popsat jediným strukturním znázorněním.[3] Techniky výpočtu souboru jsou v oblasti strukturní biologie, a stále čelí určitým omezením, která je třeba řešit, než bude srovnatelná s klasickými metodami strukturálního popisu, jako je biologická makromolekulární krystalografie.[4]

Účel

Soubory jsou modely skládající se ze sady konformací, které se společně pokoušejí popsat strukturu a flexibilní protein. I když je stupeň konformační svobody extrémně vysoký, flexibilní / neuspořádaný protein se obecně úplně liší náhodná cívka struktur.[5][6] Hlavním účelem těchto modelů je získat přehled týkající se funkce flexibilního proteinu a rozšířit paradigma strukturní funkce z přeložených proteinů na proteiny s vnitřní poruchou.

Techniky výpočtu

Výpočet souborů se opírá o experimentální měření, většinou o Jaderná magnetická rezonance spektroskopie a Malý úhel rentgenového rozptylu. Tato měření poskytují strukturální informace krátkého a dlouhého dosahu.

Krátký dosah

Dlouhý dosah

Simulace omezené molekulární dynamiky

Strukturu neuspořádaných proteinů lze aproximovat omezením chodu molekulární dynamika (MD) simulace, kde je konformační vzorkování ovlivněno experimentálně odvozenými omezeními.[7]

Přizpůsobení experimentálních údajů

Jiný přístup používá výběrové algoritmy jako ENSEMBLE a ASTEROIDY.[8][9] Postupy výpočtu nejprve vygenerují skupinu náhodných konformérů (počáteční soubor) tak, aby byly dostatečně ochutnejte konformační prostor. Algoritmy výběru začínají výběrem menší sady konformérů (souboru) z počátečního fondu. Experimentální parametry (NMR / SAXS) se počítají (obvykle některými metodami teoretické predikce) pro každý konformér zvoleného souboru a zprůměrují se přes soubor. Rozdíl mezi těmito vypočítanými parametry a skutečnými experimentálními parametry se používá k vytvoření chybové funkce a algoritmus vybere finální soubor tak, aby byla chybová funkce minimalizována.

Omezení

Stanovení strukturálního souboru pro IDP z NMR / SAXS experimentální parametry zahrnují generování struktur, které souhlasí s parametry a jejich příslušnými váhami v souboru. Dostupná experimentální data jsou obvykle méně srovnatelná s počtem proměnných potřebných k určení toho, že se jedná o nedostatečně stanovený systém. Z tohoto důvodu může několik strukturálně velmi odlišných souborů popsat experimentální data stejně dobře a v současné době neexistují žádné přesné metody pro rozlišení mezi soubory, které se hodí stejně dobře. Tento problém je třeba vyřešit buď zavedením více experimentálních dat, nebo vylepšením predikčních metod zavedením přísných výpočetních metod.

Reference

  1. ^ Fisher CK, Stultz CM (červen 2011). „Konstruování souborů pro vnitřně neuspořádané proteiny“ (PDF). Aktuální názor na strukturní biologii. (3). 21 (3): 426–31. doi:10.1016 / j.sbi.2011.04.001. hdl:1721.1/99137. PMC  3112268. PMID  21530234.
  2. ^ Varadi M, Kosol S, Lebrun P, Valentini E, Blackledge M, Dunker AK, Felli IC, Forman-Kay JD, Kriwacki RW, Pierattelli R, Sussman J, Svergun DI, Uversky VN, Vendruscolo M, Wishart D, Wright PE, Tompa P (leden 2014). „pE-DB: databáze strukturních souborů vnitřně neuspořádaných a rozložených proteinů“. Výzkum nukleových kyselin. 42 (Problém s databází): D326-35. doi:10.1093 / nar / gkt960. PMC  3964940. PMID  24174539.
  3. ^ Dyson HJ, Wright PE (březen 2005). "Jiskrově nestrukturované proteiny a jejich funkce". Recenze přírody. Molekulární buněčná biologie. 6 (3): 197–208. doi:10.1038 / nrm1589. PMID  15738986.
  4. ^ Tompa P (červen 2011). "Strukturální biologie dospívá". Aktuální názor na strukturní biologii. 21 (3): 419–25. doi:10.1016 / j.sbi.2011.03.012. PMID  21514142.
  5. ^ Communie G, Habchi J, Yabukarski F, Blocquel D, Schneider R, Tarbouriech N, Papageorgiou N, Ruigrok RW, Jamin M, Jensen MR, Longhi S, Blackledge M (2013). „Popis atomového rozlišení interakce mezi nukleoproteinem a fosfoproteinem viru Hendra“. PLoS patogeny. 9 (9): e1003631. doi:10.1371 / journal.ppat.1003631. PMC  3784471. PMID  24086133.
  6. ^ Kurzbach D, Platzer G, Schwarz TC, Henen MA, Konrat R, Hinderberger D (srpen 2013). „Kooperativní vývoj kompaktních konformací vnitřně narušeného proteinu osteopontinu“. Biochemie. 52 (31): 5167–75. doi:10.1021 / bi400502c. PMC  3737600. PMID  23848319.
  7. ^ Allison JR, Varnai P, Dobson CM, Vendruscolo M (prosinec 2009). „Stanovení krajiny volné energie alfa-synukleinu pomocí měření spinovou značkou nukleární magnetické rezonance“. Journal of the American Chemical Society. 131 (51): 18314–26. doi:10.1021 / ja904716h. PMID  20028147.
  8. ^ Krzeminski M, Marsh JA, Neale C, Choy WY, Forman-Kay JD (únor 2013). "Charakterizace neuspořádaných proteinů pomocí ENSEMBLE". Bioinformatika. 29 (3): 398–9. doi:10.1093 / bioinformatika / bts701. PMID  23233655.
  9. ^ Jensen MR, Salmon L, Nodet G, Blackledge M (únor 2010). "Definování konformačních souborů vnitřně neuspořádaných a částečně složených proteinů přímo z chemických posunů". Journal of the American Chemical Society. 132 (4): 1270–2. doi:10.1021 / ja909973n. PMID  20063887.

externí odkazy