Iniciativa pro funkci enzymů - Enzyme Function Initiative - Wikipedia

Iniciativa pro funkci enzymů (EFI)
Efi-mark.jpg
Formace2010
ÚčelVyvinout a šířit robustní strategii pro stanovení funkce enzymu
Hlavní sídloUniversity of Illinois, Urbana-Champaign
Vrchní vyšetřovatel
John A. Gerlt, Ph.D.
Rozpočet
Pět let NIGMS Lepidlo Grant
webová stránkawww.enzymefunction.org

The Iniciativa pro funkci enzymů (EFI) je rozsáhlý projekt spolupráce, jehož cílem je vyvinout a šířit spolehlivou strategii, kterou je třeba určit enzym funkce prostřednictvím integrovaného přístupu založeného na sekvenci a struktuře.[1] Projekt byl v květnu 2010 financován Národní ústav všeobecných lékařských věd jako Grant na lepidlo, který podporuje výzkum složitých biologických problémů, které nelze vyřešit jedinou výzkumnou skupinou.[2][3] EFI byl do značné míry pobídnut nutností vyvinout metody k identifikaci funkcí enormního počtu objevených proteinů genomický sekvenční projekty.[4]

Motivace

Dramatický nárůst technologie sekvenování genomu způsobil počet proteinové sekvence uloženy do veřejných databází, aby rostly zjevně exponenciálně.[5] Abychom se vyrovnali s přílivem sekvencí, používají databáze výpočetní předpovědi k automatické anotaci funkcí jednotlivých proteinů. I když tyto výpočetní metody nabízejí výhody extrémně vysoké propustnosti a obecně poskytují přesné široké klasifikace, výhradní použití vedlo k významné míře nesprávné anotace funkce enzymu v proteinových databázích.[6] Ačkoli tedy nyní dostupné informace představují bezprecedentní příležitost pochopit buněčný metabolismus napříč širokou škálou organismů, což zahrnuje schopnost identifikovat molekuly a / nebo reakce, které mohou prospět lidské kvalitě života, potenciál nebyl plně aktualizován.[7] Schopnost biologické komunity charakterizovat nově objevené proteiny byla překonána rychlostí sekvenování genomu a úkol přiřadit funkci je nyní považován za krok omezující rychlost v detailním porozumění biologickým systémům.[8]

Integrovaná strategie pro funkční přiřazení

EFI vyvíjí integrovanou strategii sekvenční struktury pro funkční přiřazení předpovídáním specificity substrátu neznámých členů mechanicky různorodých enzymové superrodiny.[9] Přístup využívá konzervované funkce v dané nadrodině, jako je známá chemie, identita Aktivní stránky funkční skupiny a složení reziduí, motivů nebo struktur určujících specificitu k předpovědi funkce, ale při racionalizaci, zpřesnění a testování předpovědí se spoléhá na multidisciplinární odbornost.[10][11][12] Integrovaná sekvenční strategie ve vývoji bude obecně použitelná k dešifrování ligandových specificit jakéhokoli funkčně neznámého proteinu.[9]

Organizace

Na základě mandátu programu NIGMS musí konsorcia Glue Grant obsahovat klíčové zdroje a překlenovací projekty.[3] EFI se skládá ze šesti vědeckých jader, která poskytují bioinformatické, strukturální, výpočetní a odborné znalosti v oblasti správy dat s cílem usnadnit funkční předpovědi pro enzymy neznámé funkce, na které EFI cílí. Na začátku grantu byly tyto předpovědi testovány pěti překlenovacími projekty představujícími superrodiny enzymů amidohydrolázy, enolázy, GST, HAD a isoprenoid syntázy. Nyní zůstávají tři překlenovací projekty.[9] V roce 2014 byl navíc přidán pilotní projekt anaerobní enzymologie, jehož cílem je prozkoumat superrodinu Radical SAM a superrodinu Glycyl Radical Enzyme.

Vědecká jádra

Jádro bioinformatiky přispívá bioinformatické analýza sbíráním a kurací kompletních datových sad sekvencí, generováním sítí podobnosti sekvencí a klasifikací členů nadrodiny do podskupin a rodin pro následný přenos anotací a vyhodnocení jako cíle pro funkční charakterizaci.

Proteinové jádro rozvíjí klonování, expresi a čištění bílkovin strategie pro enzymy zaměřené na studium.

Struktura jádra splňuje strukturní biologie komponenta pro EFI poskytnutím struktur s vysokým rozlišením cílených enzymů.

Výpočtové jádro funguje in silico dokování generovat seřazené seznamy předpovězených substrátů pro cílené enzymy pomocí experimentálně určených a / nebo homologně modelovaných proteinových struktur.

Mikrobiologické jádro zkoumá in vivo funkce využívající genetické techniky a metabolomika doplnit in vitro funkce určené překlenovacími projekty.

Datové a diseminační jádro udržuje veřejnou databázi experimentálních dat (EFI-DB).[13][14]

Překlenovací projekty

The enoláza nadčeleď obsahuje evolučně příbuzné enzymy se záhybem (β / α) 7β-barelu (TIM-barel), které primárně katalyzují kovovou epimerizaci / racemizaci nebo β-eliminaci karboxylátových substrátů.[15]

The Nadčeleď halokyseliny dehydrogenázy obsahuje evolučně příbuzné enzymy s Rossmanoidovým α / β záhybem s vloženou oblastí "cap", které primárně katalyzují nukleofilní katalýzu podporovanou kovem, nejčastěji vedoucí k přenosu fosforylové skupiny.[16]

Nadčeleď isoprenoid syntáza (I) obsahuje evolučně příbuzné enzymy s převážně veškerým a-helikálním záhybem a primárně katalyzuje trans-prenylové přenosové reakce za vzniku podlouhlých nebo cyklických isopren produkty.[17]

Projekt přemostění anaerobní enzymologie bude zkoumat radikálně závislou enzymologii, která umožňuje provádění neobvyklých chemických transformací prostřednictvím klastru železo-síra štěpícího S-adenosylmethionin (SAM) a produkujícího radikální meziprodukt nebo alternativně abstrakci vodíku z produkce glycinu glycylový radikál. Superrodiny obsahující tyto enzymy jsou do značné míry neprozkoumané, a proto zralé s potenciálem pro funkční objevy. Akvizice potrubí pro produkci anaerobních proteinů spolu s instalací anaerobní komory biologické bezpečnosti úrovně 2 pro kultivaci lidských střevních mikrobů připravila EFI k provádění anaerobní enzymologie.

Zúčastnění vyšetřovatelé

EFI tvoří dvanáct vyšetřovatelů se zkušenostmi v různých oborech.[18]

názevInstituceRole
Gerlt, John A.University of Illinois, Urbana-ChampaignProgramový ředitel, ředitel překlenovacího projektu Enolase, spoluředitel pro jádro dat a šíření
Allen, Karen N.Bostonská univerzitaŘeditel překlenovacího projektu HAD
Almo, Steven C.Albert Einstein College of MedicineŘeditel jádra bílkovin a struktury jádra
Cronan, John E.University of Illinois, Urbana-ChampaignSpoluředitel mikrobiologického jádra
Jacobson, Matthew P.University of California, San FranciscoSpoluředitel výpočetního jádra
Menší, WladekUniversity of VirginiaSpoluředitel jádra pro data a šíření
Poulter, C. DaleUniversity of UtahŘeditel překlenovacího projektu Isoprenoid Synthase
Sali, AndrejiUniversity of California, San FranciscoSpoluředitel výpočetního jádra
Shoichet, Brian K.University of California, San FranciscoSpoluředitel výpočetního jádra
Sweedler, Jonathan V.University of Illinois, Urbana-ChampaignSpoluředitel mikrobiologického jádra
Pollard, Katherine S.Gladstone InstitutesŘeditel pilotního projektu Sifting Families
Booker, Squire J.Pennsylvania State UniversityŘeditel pilotního projektu anaerobní enzymologie

Výsledky

Primárním výstupem EFI je vývoj a šíření integrované strategie sekvence / struktury pro funkční přiřazení. EFI nyní nabízí přístup ke dvěma vysoce výkonným dokovacím nástrojům, webovému nástroji pro porovnávání proteinových sekvencí v celých proteinových rodinách a webovému nástroji pro skládání kontextového inventáře genomu založeného na síti podobnosti proteinové sekvence. Při vývoji strategie jsou navíc data a klony generované EFI volně dostupné prostřednictvím několika online zdrojů.[9]

Financování

EFI byl založen v květnu 2010 s financováním ve výši 33,9 milionu USD během pětiletého období (číslo grantu GM093342).[19]

Reference

  1. ^ „Nový NIGMS„ Glue Grant “se zaměřuje na neznámé enzymy“ (Tisková zpráva). NIGMS. 2010-05-20. Archivovány od originál dne 2012-04-27. Citováno 2012-04-27.
  2. ^ „Granty na lepidlo“. NIGMS. Archivovány od originál dne 2013-06-03. Citováno 2012-04-27.
  3. ^ A b „PAR-07-412: Ocenění za spolupráci ve velkém měřítku (R24 / U54)“. NIH / NIGMS. Citováno 2012-04-27.
  4. ^ „Výzkumní pracovníci získali grant ve výši 33,9 milionu dolarů na studium enzymových funkcí“ (Tisková zpráva). Zpravodajská kancelář UIUC. 2010-05-20. Citováno 2012-04-27.
  5. ^ „Statistika vydání proteinové databáze UniProtKB / TrEMBL“. Databáze proteinů UniProtKB / TrEMBL. Archivovány od originál dne 01.10.2015. Citováno 2012-04-27.
  6. ^ Schnoes, Alexandra M .; Brown, Shoshana D .; Dodevski, Igor; Babbitt, Patricia C. (2009). Valencia, Alfonso (ed.). „Chyba anotace ve veřejných databázích: Chybná anotace molekulární funkce v superrodinách enzymů“. PLOS výpočetní biologie. 5 (12): e1000605. doi:10.1371 / journal.pcbi.1000605. PMC  2781113. PMID  20011109.
  7. ^ Saghatelian, Alan; Cravatt, Benjamin F (2005). "Přiřazení funkce proteinů v postgenomické éře". Přírodní chemická biologie. 1 (3): 130–42. doi:10.1038 / nchembio0805-130. PMID  16408016. S2CID  86672970.
  8. ^ Brown, Shoshana; Gerlt, John; Seffernick, Jennifer; Babbitt, Patricia (2006). „Zlatý standardní soubor mechanisticky rozmanitých enzymových superrodin“. Genome Biology. 7 (1): R8. doi:10.1186 / gb-2006-7-1-r8. PMC  1431709. PMID  16507141.
  9. ^ A b C d Gerlt JA, Allen KN, Almo SC, Armstrong RN, Babbitt PC, Cronan JE, Dunaway-Mariano D, Imker HJ, Jacobson MP, Minor W, Poulter CD, Raushel FM, Sali A, Shoichet BK, Sweedler JV (22. listopadu, 2011). „Iniciativa pro funkci enzymů“. Biochemie. 50 (46): 9950–62. doi:10.1021 / bi201312u. PMC  3238057. PMID  21999478.
  10. ^ Píseň, Ling; Kalyanaraman, Chakrapani; Fedorov, Alexander A; Fedorov, Elena V; Glasner, Margaret E; Brown, Shoshana; Imker, Heidi J; Babbitt, Patricia C; Almo, Steven C (2007). „Predikce a přiřazení funkce pro divergentní racemázu N-sukcinyl aminokyseliny“. Přírodní chemická biologie. 3 (8): 486–91. doi:10.1038 / nchembio.2007.11. PMID  17603539.
  11. ^ Hermann, Johannes C .; Marti-Arbona, Ricardo; Fedorov, Alexander A .; Fedorov, Elena; Almo, Steven C .; Shoichet, Brian K .; Raushel, Frank M. (2007). "Predikce aktivity na základě struktury pro enzym neznámé funkce". Příroda. 448 (7155): 775–779. doi:10.1038 / nature05981. PMC  2254328. PMID  17603473.
  12. ^ Kalyanaraman, C; Imker, H; Fedorov, A; Fedorov, E; Glasner, M; Babbitt, P; Almo, S; Gerlt, J; Jacobson, M (2008). „Objev enzymatické funkce dipeptidové epimerázy vedené homologním modelováním a virtuálním screeningem“. Struktura. 16 (11): 1668–77. doi:10.1016 / j.str.2008.08.015. PMC  2714228. PMID  19000819.
  13. ^ Pegg, Scott C.-H .; Brown, Shoshana D .; Ojha, Sunil; Seffernick, Jennifer; Meng, Elaine C .; Morris, John H .; Chang, Patricia J .; Huang, Conrad C .; Ferrin, Thomas E. (2006). "Využití vztahů mezi strukturou a funkcí enzymu pro funkční závěr a experimentální návrh: Databáze propojení strukturou a funkcí †". Biochemie. 45 (8): 2545–55. doi:10.1021 / bi052101l. PMID  16489747.
  14. ^ „Experimentální databáze EFI-DB“. Iniciativa pro funkci enzymů. Citováno 2012-04-27.
  15. ^ Gerlt, John A .; Babbitt, Patricia C .; Rayment, Ivan (2005). „Odlišná evoluce v enolázové nadrodině: souhra mechanismu a specifičnosti“. Archivy biochemie a biofyziky. 433 (1): 59–70. doi:10.1016 / j.abb.2004.07.034. PMID  15581566.
  16. ^ Burroughs, A. Maxwell; Allen, Karen N .; Dunaway-Mariano, Debra; Aravind, L. (2006). „Evoluční genomika nadrodiny HAD: Porozumění strukturálním adaptacím a katalytické rozmanitosti v nadrodině fosfoesteráz a příbuzných enzymů“. Journal of Molecular Biology. 361 (5): 1003–34. CiteSeerX  10.1.1.420.9551. doi:10.1016 / j.jmb.2006.06.049. PMID  16889794.
  17. ^ Christianson, David W. (2006). "Strukturní biologie a chemie terpenoidních cyklas". Chemické recenze. 106 (8): 3412–42. doi:10.1021 / cr050286w. PMID  16895335.
  18. ^ "Lidé". Iniciativa pro funkci enzymů. Citováno 2012-04-27.
  19. ^ „Posouzení výsledků NIGMS Glue Grants“. NIGMS. Archivovány od originál dne 2012-04-27. Citováno 2012-04-27.

externí odkazy