Re-referencování proteinového chemického posunu - Protein chemical shift re-referencing

Protein chemický posun opětovné odkazování je post-přiřazovací proces úpravy přiřazených chemických posunů NMR tak, aby odpovídaly IUPAC a BMRB doporučené standardy v bílkovinách odkaz na chemický posun. V NMR se chemické posuny obvykle vztahují k vnitřnímu standardu, který je rozpuštěn ve vzorku NMR. Tyto interní standardy zahrnují tetramethylsilan (TMS), Kyselina 4,4-dimethyl-4-silapentan-l-sulfonová (DSS) a trimethylsilylpropionát (TSP). Pro bílkoviny NMR spektroskopie doporučený standard je DSS, který je necitlivý na změny pH (na rozdíl od TSP). Kromě toho DSS 1H signál lze použít k nepřímému odkazu 13C a posuny 15 N pomocí jednoduchého výpočtu poměru [1]. Bohužel mnoho biomolekulárních NMR spektroskopie laboratoře používají nestandardní metody pro stanovení 1H, 13C nebo 15N „nulový bod“ chemický posun pozice. Tato nedostatečná standardizace ztěžuje srovnání chemické směny pro stejný protein mezi různými laboratořemi. Také to ztěžuje použití chemické směny správně identifikovat nebo přiřadit sekundární struktury nebo vylepšit jejich 3D struktury vylepšením chemického posunu. Znovu odkazování na chemický posun nabízí prostředky k nápravě těchto chyb při odkazování a ke standardizaci hlášení bílkovin chemické směny napříč laboratořemi.

Důležitost zpětného odkazování na chemický posun NMR v biomolekulárních NMR

Nesprávný chemický posun referencování je obzvláště akutní problém v biomolekulárních NMR.[1] Odhaduje se, že až 20% 13C a až 35% 15N přiřazení směny je nesprávně odkazováno.[2][3][4] Vzhledem k tomu, že strukturální a dynamické informace obsažené uvnitř chemické směny je často docela jemný, je důležité, aby bílkoviny chemické směny být správně odkazováni, aby bylo možné tyto jemné rozdíly detekovat. Zásadně problém s chemický posun odkazování vychází ze skutečnosti, že chemické posuny jsou spíše měření relativní frekvence než měření absolutní frekvence. Kvůli historickým problémům s chemický posun odkazování, chemické směny jsou možná nejpřesněji měřitelné, ale nejméně přesně měřené parametry ve všech NMR spektroskopie.[5][3]

Programy pro opětovné odkazování na chemický posun bílkovin

Z důvodu závažnosti a závažnosti problémů s chemický posun odkazování v biomolekulárních NMR byla vyvinuta řada počítačových programů, které pomohou zmírnit problém (shrnutí viz tabulka 1). První program, který je třeba komplexně řešit chemický posun chybná reference v biomolekulárních NMR byla SHIFTCOR.[2]

Tabulka 1. Shrnutí a srovnání různých chemický posun programy pro opětovné odkazování a detekci chybného přiřazení.[5]

Program [Reference]Detekuje nebo provádí opětovné přiřazení směnDetekuje hrubé chyby přiřazeníDetekuje jemné chyby přiřazeníRozlišuje chyby přiřazení od referenčních chybVyžaduje 3D strukturu
CheckShift [6][7]AnoNeNeNeNe
AVS[8]NeAnoNeNeNe
LACS [4][9]AnoNěkdyNeNeNe
PSSI [10]AnoNeNeNeNe
SHIFTCOR [2]AnoAnoNěkdyAnoAno
PANAV [11]AnoAnoAnoAnoNe

SHIFTCOR: Program korekce chemického posunu založený na struktuře

SHIFTCOR je automatizovaný protein chemický posun korekční program, který používá statistické metody k porovnání a korekci předpovězených chemických posunů NMR (odvozených z 3D struktury proteinu) ve srovnání se vstupní sadou experimentálně měřených chemických posunů. SHIFTCOR používá několik jednoduchých statistických přístupů a předem určených mezních hodnot k identifikaci a opravě potenciálních referencí, přiřazení a typografické chyby. SHIFTCOR identifikuje potenciální problémy s odkazem na chemický posun porovnáním rozdílu mezi průměrnou hodnotou každé sledované sady páteř (1Hα, 13Cα, 13Cβ, 13CO, 15N a 1HN) posuny a jejich odpovídající předpokládané chemické posuny. Rozdíl mezi těmito dvěma průměry má za následek specifické pro jádro chemický posun offset nebo referenční korekce (tj. jedna pro 1H, jeden pro 13C a jeden pro 15N). Aby se zajistilo, že určité extrémní odlehlé hodnoty nebudou nepřiměřeně zkreslovat tyto průměrné hodnoty posunu, průměr pozorovaných posunů se vypočítá až po vyloučení potenciálních chybných přiřazení nebo typografické chyby.[2]

SHIFTCOR výstup

SHIFTCOR generuje a hlásí chemický posun posuny nebo rozdíly pro každé jádro. Výsledky obsahují chemický posun analýzy (včetně seznamů potenciálních chybných přiřazení, odhadovaných chyb referencí, odhadované chyby ve vypočteném referenčním offsetu (95% interval spolehlivosti), aplikovaného nebo navrhovaného referenčního offsetu, korelačních koeficientů, RMSD hodnoty) a opravený formát BMRB chemický posun soubor (podrobnosti viz obrázek 1).[2]

SHIFTCOR používá chemický posun výpočetní program SHIFTX [12] předpovědět posuny 1Hα, 13Cα, 15N na základě souřadnic 3D struktury analyzovaného proteinu. Porovnáním předpovězených posunů s pozorovanými posuny je SHIFTCOR schopen přesně identifikovat chemický posun referenční vyrovnání i potenciální nesprávná přiřazení. Klíčovým omezením přístupu SHIFTCOR je to, že vyžaduje, aby byla k dispozici 3D struktura cílového proteinu k posouzení referenčních offsetů chemického posunu. Vzhledem k tomu chemický posun přiřazení se obvykle provádí před určením struktury, brzy se zjistilo, že je třeba vyvinout přístupy nezávislé na struktuře.[5]

Programy korekce chemických posunů nezávislé na struktuře

Bylo vyvinuto několik metod, které využívají odhadované (via 1H nebo 13C posuny) nebo předpokládaný (prostřednictvím sekvence) obsah sekundární struktury analyzovaného proteinu. Mezi tyto programy patří PSSI,[10] CheckShift,[6][7] LACS,[4][9] a PANAV.[11] Oba PANAV <[1] > a CheckShift <http://checkshift.services.came.sbg.ac.at/ > jsou také k dispozici jako webové servery.

Programy PSSI a PANAV používají sekundární strukturu určenou 1 směny (které téměř nikdy nejsou nesprávně odkazovány) k úpravě cílového proteinu 13C a 15N posuny, aby odpovídaly sekundární struktuře odvozené od 1H. LACS používá k určení referenčních offsetů rozdíl mezi sekundárními posuny 13Cα a 13Cβ vynesenými proti sekundárním posunům 13Cα nebo sekundárním posunům 13Cβ. Novější verze LACS byla upravena tak, aby identifikovala chybné přiřazení 15N chemického posunu.[4] Tato nová verze LACS využívá známý vztah mezi sekundárními 15N posuny a sekundárními 13Cα a 13Cβ posuny předchozího zbytku.[3] Na rozdíl od LACS a PANAV / PSSI používá CheckShift sekundární strukturu predikovanou z vysoce výkonných programů predikce sekundární struktury, jako je PSIPRED [13] iterativně upravit 13C a 15N chemické posuny tak, aby jejich sekundární posuny odpovídaly předpokládané sekundární struktuře. Ukázalo se, že všechny tyto programy přesně identifikují nesprávně odkazované a správně odkazují na chemické posuny proteinů uložené v BMRB.[7][11] Všimněte si, že jak LACS, tak CheckShift jsou naprogramovány tak, aby vždy předpovídaly stejný posun pro posun 13Cα a 13Cβ, zatímco PSSI a PANAV tento předpoklad nevytvářejí. Obecně platí, že PANAV a PSSI obvykle vykazují menší rozpětí (nebo standardní odchylka ) ve vypočítaných referenčních odchylkách, což naznačuje, že tyto programy jsou o něco přesnější než LACS nebo CheckShift. Ani LACS, ani CheckShift nejsou schopni zpracovat proteiny, které mají extrémně velké (nad 40 ppm) referenční odchylky, zatímco PANAV a PSSI se zdají být schopny se s těmito druhy anomálních proteinů vyrovnat.[11]

V nedávné studii[11] A chemický posun re-referencing program (PANAV) byl spuštěn na celkem 2421 záznamech BMRB, které měly dostatečný podíl (> 80%) přiřazených chemických posunů k provedení robustní chemické referenční reference. Celkem bylo nalezeno 243 záznamů s posunem posunu 13Cα o více než 1,0 ppm, 238 záznamů s posunem posunu 13Cβ o více než 1,0 ppm, 200 záznamů s posunem posunu 13C 'o více než 1,0 ppm a 137 záznamů s posunem 15N posunutí o více než 1,5 ppm. Z této studie se zdá, že 19,7% položek v BMRB je chybně odkazováno. Zřejmě, chemický posun odkazování je pro komunitu biomolekulárních NMR i nadále významným a dosud nevyřešeným problémem.[5][11]

Viz také

Reference

  1. ^ Wishart, DS; Bigam CG; Yao J; Abildgaard F; et al. (1995). „1H, 13C a 15N odkaz na chemický posun v biomolekulární NMR“. Journal of Biomolecular NMR. 6 (2): 135–40. doi:10.1007 / bf00211777. PMID  8589602.
  2. ^ A b C d E Zhang, H; Neal, S. & Wishart, D.S. (březen 2003). „RefDB: Databáze rovnoměrně odkazovaných chemických posunů proteinů“. J. Biomol. NMR. 25 (3): 173–195. doi:10.1023 / A: 1022836027055. PMID  12652131.
  3. ^ A b C Wishart, DS; Případ DA (2001). Využití chemických posunů při stanovení makromolekulární struktury. Metody v enzymologii. 338. s. 3–34. doi:10.1016 / s0076-6879 (02) 38214-4. ISBN  9780121822392. PMID  11460554.
  4. ^ A b C d Wang, L; Markley JL (2009). „Empirická korelace mezi sekundárními chemickými posuny proteinové páteře 15N a 13C a její aplikace na referenční odkazy na chemický posun dusíku“. Journal of Biomolecular NMR. 44 (2): 95–99. doi:10.1007 / s10858-009-9324-0. PMC  2782637. PMID  19436955.
  5. ^ A b C d Wishart, DS (únor 2011). "Interpretace údajů o chemickém posunu bílkovin". Pokrok ve spektroskopii nukleární magnetické rezonance. 58 (1–2): 62–87. doi:10.1016 / j.pnmrs.2010.07.004. PMID  21241884.
  6. ^ A b Ginzinger, SW; Gerick F; Coles M; Heun V (2007). "CheckShift: automatická korekce nekonzistentního odkazování na chemický posun". Journal of Biomolecular NMR. 39 (3): 223–227. doi:10.1007 / s10858-007-9191-5. PMID  17899394.
  7. ^ A b C Ginzinger, SW; Skocibusić M; Heun V (2009). "Vylepšený CheckShift: rychlá korekce referenční hodnoty chemického posunu s vysokou přesností". Journal of Biomolecular NMR. 44 (4): 207–211. doi:10.1007 / s10858-009-9330-2. PMID  19575298.
  8. ^ Moseley, NH; Sahota G; Montelione TG (červenec 2004). "Softwarová sada pro ověření přiřazení pro vyhodnocení a prezentaci dat přiřazení proteinové rezonance". Journal of Biomolecular NMR. 28 (4): 341–355. doi:10.1023 / B: JNMR.0000015420.44364.06. PMID  14872126.
  9. ^ A b Wang, L; Eghbalnia HR; Bahrami A; Markley JL (květen 2005). "Lineární analýza rozdílů chemických posunů uhlíku-13 a její aplikace na detekci a opravu chyb v odkazování a identifikaci spinového systému". Journal of Biomolecular NMR. 32 (1): 13–22. doi:10.1007 / s10858-005-1717-0. PMID  16041479.
  10. ^ A b Wang, Y; Wishart DS (2005). "Jednoduchá metoda pro úpravu nekonzistentně odkazovaných 13C a 15N přiřazení chemických posunů proteinů". Journal of Biomolecular NMR. 31 (2): 143–148. doi:10.1007 / s10858-004-7441-3. PMID  15772753.
  11. ^ A b C d E F Wang, B; Wang Y (2010). "Pravděpodobnostní přístup k ověření přiřazení chemických posunů proteinových NMR". Journal of Biomolecular NMR. 47 (2): 85–99. doi:10.1007 / s10858-010-9407-r. PMID  20446018.
  12. ^ Neal, S; Nip AM; Zhang H; Wishart DS (červenec 2003). "Rychlý a přesný výpočet chemických posunů proteinů 1H 13C a 15N". Journal of Biomolecular NMR. 26 (3): 215–240. doi:10.1023 / A: 1023812930288. PMID  12766419.
  13. ^ McGuffin, LJ; Bryson K; Jones DT (2000). „Server predikce struktury proteinové struktury PSIPRED“. Bioinformatika. 16 (4): 404–405. doi:10.1093 / bioinformatika / 16.4.404. PMID  10869041.

Obecné odkazy

  • Wishart, DS; Sykes BD; Richards FM (1992). "Index chemického posunu - rychlá a jednoduchá metoda pro přiřazení sekundární struktury proteinu pomocí NMR spektroskopie". Biochemie. 31 (6): 1647–1651. CiteSeerX  10.1.1.539.2952. doi:10.1021 / bi00121a010. PMID  1737021.
  • Wishart, DS; Sykes B (1994). „Index chemického posunu C-13 - jednoduchá metoda identifikace sekundární struktury proteinu pomocí dat chemického posunu C-13“. Journal of Biomolecular NMR. 4 (2): 171–180. doi:10.1007 / BF00175245. PMID  8019132.
  • Osapay, K; Případ DA (1994). "Analýza protonových chemických posunů v pravidelné sekundární struktuře proteinů". Journal of Biomolecular NMR. 4 (2): 215–230. doi:10.1007 / bf00175249. PMID  8019135.
  • Gronenborn, AM; Clore GM (1994). "Identifikace N-terminálních šroubovicových uzavíracích boxů pomocí 13C chemických posunů". Journal of Biomolecular NMR. 4 (3): 455–458. doi:10.1007 / bf00179351. PMID  8019146.
  • Moseley, HN; Sahota G; Montelione GT (2004). "Softwarová sada pro ověření přiřazení pro vyhodnocení a prezentaci dat přiřazení proteinové rezonance". Journal of Biomolecular NMR. 28 (4): 341–355. doi:10.1023 / B: JNMR.0000015420.44364.06. PMID  14872126.