I bob. Oqsil strukturalarini va uning turlari

II BOB. OQSIL STRUKTURALARI VA ULARNI MODELLASHTIRISH

2.1. Oqsil strukturalarini modellashtirish

Global statistik modelni amalga oshiradigan eng qadimgi EC usullari bilan bir qatorda, foydali kontaktlarni bashorat qilish uchun zarur bo'lgan bir nechta ketmaketlikni moslashtirishning minimal hajmini taxmin qilish uchun ko'plab qo'llanmalar taklif qilingan. Dastlab, 1000 ta ketma-ketlik gomologlari aniq bashorat qilish uchun minimal deb hisoblangan (Jons va boshqalar. , 2012 yil belgilari va boshqalar. , 2012 Andreani & Söding, 2015 yil). Yaqinda Marks va hamkasblari o'z usullari uchun ko'proq ketma-ketlikka xos uzunlikka bog'liq omilni tavsiya
qilishdi. EVFold , bunda yaxshi olish uchun hizalanishdagi ketma-ketlik soni oqsil uzunligidan besh marta oshib ketishi kerak ab initio katlama natijalari (Marks va boshqalar. , 2012). Boshqalar ham shunga o'xshash talablarni taklif qilishgan (Kamisetty va boshqalar. , 2013), ammo so'nggi ishlar kovariatsiyani aniqlash algoritmlarini yaxshilash orqali bu chegarani biroz pasaytirdi (Ovchinnikov, Kinch). va boshqalar. , 2015) yoki prognoz qilingan aloqa xaritasini dekodlash uchun tizimli ma'lumotlardan foydalanish (Jeong & Kim, 2016). Biroq, bu taxminlarning hech biri ketma-ketliklar to'plamidagi xilma-xillikni ushlamaydi, bu kontaktni aniq bashorat qilish uchun ham muhimdir va shuning uchun ular noto'g'ri bo'lishi mumkin. Eng so'nggi ko'rsatmalardan biri taxminan 80% ketma-ketlik identifikatorida klasterlashgandan so'ng bir nechta ketma-ketlikni moslashtirishdagi xilma-xillikni ko'rib chiqadi: samarali ketma-ketliklar soni. Garchi turli guruhlar ketma-ketlikni aniqlashni tanlashda farq qilsalar ham (Markos va boshqalar. , 2011
Jons va boshqalar. , 2015 Skwark va boshqalar. , 2014 yil Hopf va boshqalar. , 2012), umumiy konsensus shuni ko'rsatadiki, samarali ketma-ketliklar soni hizalanish xilma-xilligining eng samarali o'lchovidir va shuning uchun bashorat aniqligining foydali prognozchisi. Eng so'nggi EC usullari eng yaxshi kontaktlarni bashorat qilish to'g'ri bo'lishi uchun taxminan 100 samarali ketma-ketlikni talab qiladi (Jons va boshqalar. , 2015 Skwark va boshqalar. , 2014). To'g'ri bashorat qilinishi mumkin bo'lgan kontaktlarning soni samarali ketma-ketliklar soni bilan ortadi: aniq uch o'lchovli struktura modellarini yaratish uchun taxminan besh baravar ko'proq ketma-ketliklar kerak (Ovchinnikov). va boshqalar. , 2017 ).
Hozirgi vaqtda qoldiq-kontakt juftligini bashorat qilish uchun qo'llaniladigan usullar molekulyar va molekulalararo kontaktlarni ishonchli ajrata olmaydi, ammo ikkalasini ajratish quyida keltirilgan ko'plab usullarning optimal ishlashi uchun muhimdir. Intramolekulyar qoldiq kontaktlarini bashorat qilish odatda osonroqdir, chunki bitta protein ketma-ketligini moslashtirish etarli. Biroq, agar maqsad gomooligomerlarni hosil qilsa, yakuniy aloqa bashorati, agar ular struktura va funktsiya uchun muhim bo'lsa va shuning uchun evolyutsion bosim ostida bo'lsa, molekula ichidagi va molekulalararo kontaktlarni o'z ichiga oladi. Bunday sharoitda bashorat qilingan aloqalarni talqin qilish noto'g'ri bo'lishi mumkin. Shu bilan birga, agar monomerik yoki dimerik oqsil tuzilishi uchun strukturaviy ma'lumot mavjud bo'lsa, bashorat qilingan aloqa ma'lumotlari kuchli bashorat qilingan, ammo qoniqtirilmagan kontakt juftliklarini aniqlash orqali potentsial yangi oligomerik holatlarni aniqlashda muhim bo'lishi mumkin (Hopf). va boshqalar. , 2012 yil yanvar va boshqalar. , 2014 ).
Gomo-oligomerlardagi molekulyar va molekulalararo kontaktlarni ajratish bo'yicha strukturaviy ma'lumot mavjud bo'lmaganda, foydalanish imkoniyatini bashorat qilish yordam berishi mumkin: molekulyar sirtda qoldiqlar juftligi bilan aloqa qiladigan nomzodning ikkalasi ham taxmin qilinsa, molekulalararo kontakt ko'proq bo'ladi. Ba'zi kontaktlarni bashorat qilish algoritmlarida molekula ichidagi kontaktlarni (masalan, PconsC 2 Skvark va boshqalar. , 2014), erituvchiga kirish mumkin bo'lgan sirt maydonini bashorat qilish usullarini davom ettirish (Xeffernan) va boshqalar. , 2015) bashorat qilingan aloqa xaritalarida molekulyar va molekulalararo kontaktlarning bo'linishini osonlashtirishi kerak. Transmembran oqsillari uchun lipofillik prognozlari odatda membranaga qaragan qoldiqlarni aniqlash uchun ishlatiladi (Koehler Leman va boshqalar. , 2015), bu ikki qatlamdagi molekulalararo kontaktlarni ajratishga yordam berishi mumkin.
Hetero-oligomerik oqsil komplekslari holatlarida, kontakt juftlarini bashorat qilishda boshqa qiyinchilikka duch keladi. Molekulyar va molekulalararo kontaktlarni ajratish talab etilmasa ham, EK usullari uchun bir nechta ketma-ketlikni yaratish juda qiyin, chunki ortologik o'zaro ta'sir qiluvchi ketma-ketlik juftlari ko'p sonli turlardan ishonchli tarzda aniqlanishi kerak. Odatda, individual hizalanishlardan olingan ketma-ketliklar bakterial genom koordinatalari yordamida juftlashtiriladi, ya'ni Ularning genomdagi joylashuvi qanchalik yaqin bo'lsa, ularning birgalikda ifodalanishi va jismoniy o'zaro ta'siri shunchalik yuqori bo'ladi (Ovchinnikov va boshqalar. , 2014 yil Hopf va boshqalar. , 2014 yil Skerker va boshqalar. , 2008). Bu ma'lumot juda muhim, chunki oqsil va oqsil o'zaro ta'sirining saqlanishi barcha gomologlar orasida mavjud bo'lmasligi mumkin. Ushbu yondashuvdan foydalangan holda bir nechta tadqiqotlar EK usullarining geterooligomerik oqsil komplekslariga qo'llanilishini ko'rsatdi. Masalan, Hopf va uning hamkasblari DinJ–YafQ (Hopf) kompleksi interfeysidagi 19 qoldiq kontaktdan 17 tasini to'g'ri bashorat qilishdi. va boshqalar. , 2014). Ovchinnikov va uning hamkasblari 50S ribosoma subunit kompleksi oqsillari va boshqa protein
komplekslari o'rtasida bir nechta kontaktli qoldiq juftlarini ishonchli tarzda bashorat qilishdi (Ovchinnikov). va boshqalar. , 2014). Har bir holatda, bashorat qilingan aloqa ma'lumotlari individual tarkibiy tuzilmalar asosida oqsil komplekslarining aniq modellarini aniqlash imkonini berdi. Protein interfeysi bilan aloqani bashorat qilish uchun ketma-ketlikni moslashtirish uchun ikkinchi, oddiyroq usul ishlab chiqilgan. Bu usul bakterial genomdan mustaqil va genomdan foydalangan holda ortologik ketma-ketlik juftliklariga mos keladi. PORTLASH ballar (Iserte va boshqalar. , 2015 yil Yu va boshqalar. , 2016 yil Ochoa & Pazos, 2010 yil). Umuman olganda, bu ikkinchi hizalanish avlodi usuli prokaryotik oqsillar uchun kamroq aniq mos keladigan juftliklar to'plamini ishlab chiqishi mumkin, ammo allaqachon eukaryotlarda oqsillar bilan o'zaro ta'sir qilish uchun foydali ekanligi isbotlangan (Iserte). va boshqalar. , 2015) va yangi usullar bu organizmlar uchun aniqlikni yaxshilaydi (Gueudré). va boshqalar. , 2016 Bitbol va boshqalar. , 2016).
O'quvchi ushbu sohadagi asosiy manbalar uchun 1-jadvalga murojaat qiladi.
Protein domenlari - buklangan oqsil strukturasining birliklari. Strukturaviy xarakteristikaning potentsial predmeti sifatida oqsilning domen tarkibini aniq hisobga olish maqsadni tanlashdan oldin, namunani tayyorlash rejalashtirilganda va oqsil kristalli tuzilmalari yechimi strategiyasini ko'rib chiqishda muhimdir. To'g'ri belgilangan domen chegaralari turli xil asosiy bioinformatika usullarining ish faoliyatini yaxshilaydi, masalan, maqsad va ma'lum protein tuzilmalari (bir qismi) o'rtasidagi uzoq homologiyani tan oladigan vositalar (Rigden, 2002), ab initio modellashtirish (masalan, Beykerga qarang va boshqalar. , 2016) va hatto kontaktni bashorat qilishning o'zi (Kosciolek & Jones, 2015). Nozik bo'lmagan evolyutsion munosabatlarni sezgir ketma-ket taqqoslash yoki (aloqa yordamida) tan olish ab initio modellashtirish strukturaviy biologga o'ziga xos yangilikni yoki yangi taxminiy maqsadni baholashning dastlabki bosqichida yordam berishi mumkin. Odatda, oqsillar, ayniqsa NMR yoki rentgen kristallografik tadqiqotlar uchun to'liq bo'lmagan shaklda heterologik tarzda ifodalanadi. Buning turli sabablari bor.
Masalan, kristallanishga to'sqinlik qiladigan o'ziga xos tartibsiz terminal hududlari (Slabinski). va boshqalar. , 2007), odatda kristallanish uchun mo'ljallangan oqsildan chiqariladi. Ko'rinishi va tozalanishi qiyin bo'lishi mumkin bo'lgan juda katta oqsillar odatda domen chegaralarida boshlanadigan va tugaydigan bo'limlarda ko'rib chiqiladi (masalan, Zacharchenkoga qarang). va boshqalar. , 2015). Nihoyat, molekulyar og'irlik oralig'ida cheklangan metodologiya sifatida, NMR tadqiqotlari ko'pincha izolyatsiya qilingan domenlarga qaratilgan.
Prognoz qilingan kontaktlar yordamida domen chegaralarini bashorat qilish (1rasm) juda oddiy fikrga asoslanadi: mahalliy kontaktlar va shuning uchun bashorat qilingan kontaktlar domenlar orasidagidan ko'ra domenlar ichida ko'proq. Shunday qilib, ikkita teng o'lchamli domenli oqsil uchun kontakt xaritasida birinchi yarmidagi qoldiqlar va ikkinchi yarmidagi qoldiqlar o'rtasidagi taxmin qilingan kontaktlarni o'z ichiga olgan maydon, domen ichidagi bashoratlarni o'z ichiga olgan zonalarga nisbatan kam joylashadi. Ushbu naqshlar ko'pincha vizual tekshiruvda ko'rinadi va bioinformatikachilar tomonidan maqsadli ketma-ketlikni tahlil qilish uchun foydalanilgan. ab initio modellashtirish (Ovchinnikov, Kim va boshqalar. , 2015 Beyker va boshqalar. , 2016), lekin miqdoriy jihatdan ham tahlil qilish mumkin. Buning uchun taxminiy domen chegaralari oqsil zanjiri bo'ylab namuna olinadi, bashorat qilingan domenlararo kontaktlarning zichligidagi minimallarga mos keladigan kuchliroq bashoratlar (Rigden, 2002). Past sifatli prognozlar davridan boshlab, g'oya yaqinda qayta ko'rib chiqildi va yadroni tekislash usuli yordamida amalga oshirildi (Sadowski, 2013). Domen chegaralarini ketma-ketlik asosida bashorat qilishning boshqa usullari bilan taqqoslash uning eng yaxshi ishlashi va ikkitadan ortiq domenni o'z ichiga olgan oqsillarga nisbatan qo'llanilishini ko'rsatdi (Sadowski, 2013). Bu domenga tegishli Dasturiy ta'minot o'zlarining qiziqtirgan oqsillarining domen tarkibini bashorat qilishdan manfaatdor bo'lgan strukturaviy biologlar uchun tavsiya etilgan yondashuv bo'ladi, ammo hozircha u mavjud emas. Shu bilan birga, shunga o'xshash funksiya mavjud bo'lgan ConKit (1-jadval) turli xil formatlarda bashorat qilingan kontaktlarning kerakli ro'yxatini qabul qilishi mumkin. Va nihoyat, qiziqarli yaqinda olib borilgan ishlar kovariatsiya tahlilining asosan o'ziga xos tartibsiz oqsillar ichida taxminiy katlama birliklarini aniqlash qobiliyatini ham ko'rsatdi (Toth-Petroczy). va boshqalar. , 2016 ).