Predikce proteinov struktury Osnova q Predikce sekundrn struktury

Predikce proteinové struktury

Osnova q Predikce sekundární struktury q Predikce proteinového foldu q Predikce terciární struktury q Predikce molekulárních komplexů q Hodnocení predikčních metod Predikce proteinové struktury 2/39

Predikce proteinové struktury q Predikce sekundární struktury q Predikce proteinového foldu § Navlékání - angl. Threading q Predikce terciární struktury § Homologní modelování - angl. Homology modelling § Ab initio predikce - angl. Ab initio prediction q Predikce molekulárních komplexů § Molekulární dokování - angl. Molecular docking Predikce proteinové struktury 3/39

Predikce sekundární struktury q Přiřazení jednoho konformačního stavu každému aminokyselinovému zbytku v proteinové sekvenci: § a-šroubovice (H, angl. helix) § b-řetězec (E, angl. strand) § otočka (C, angl. coil) Predikce proteinové struktury 4/39

Predikce sekundární struktury q Přiřazení jednoho konformačního stavu každému aminokyselinovému zbytku v proteinové sekvenci: § Přesnost >80% § Klasifikace proteinů § Identifikace proteinových domén a funkčních motivů § Zlepšení spolehlivosti sekvenčních přiložení § Příprava na predikci terciární struktury Predikce proteinové struktury 5/39

Predikce sekundární struktury Predikce proteinové struktury 6/39

Predikce sekundární struktury q PSI-PRED § Kombinuje evoluční informaci s predikcí neuronovou sítí Predikce proteinové struktury 7/39

Predikce sekundární struktury q Quick 2 D § Přiřazení sekundárních elementů: α-šroubovic, β-řetězců, otoček, transmembránových šroubovic a neuspořádaných regionů § Metody PSI-PRED, JNET, Prof, Coils, MEMSAT 2, HMMTOP, . . . Predikce proteinové struktury 8/39

Predikce sekundární struktury q Gene. Silico Meta. Server § Meta-server pro predikci struktury proteinů, včetně predikce sekundární elementů = konsensus Predikce proteinové struktury 9/39

Predikce proteinového foldu q Navlékání § Rozpoznávání proteinového foldu § Hledá strukturu, která nejlépe odpovídá proteinové sekvenci prohledáváním knihovny známých foldů a hodnocením skóre § Používá se pro struktury, pro které není k dispozici vhodný templát pro homologní modelování § Neposkytne výsledek, pokud správný fold není v knihovně Predikce proteinové struktury 10/39

Predikce proteinového foldu q Navlékání MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence Predikce proteinové struktury 11/39

Predikce proteinového foldu q Navlékání fold 1 MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence fold 2 fold n Predikce proteinové struktury 12/39

Predikce proteinového foldu q Navlékání fold 1 MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence fold 2 konstrukce modelu fold n Predikce proteinové struktury 13/39

Predikce proteinového foldu q Navlékání fold 1 MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence konstrukce modelu výpočet energie fold 2 fold n Predikce proteinové struktury 14/39

Predikce proteinového foldu q Navlékání fold 1 MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence konstrukce modelu výpočet energie výpočet skóre a klasifikace fold 2 fold n Predikce proteinové struktury 15/39

Predikce proteinového foldu q Navlékání § PHYRE § Gen. THREADER Predikce proteinové struktury 16/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování q Ab initio predikce Predikce proteinové struktury 17/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování § Vytváří atomistický model založený na experimentálně určené struktuře, která je sekvenčně blízce příbuzná § Vyžadovaná sekvenční identita >25% § Základní princip = struktura je konzervována déle než sekvence Predikce proteinové struktury 18/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence Predikce proteinové struktury 19/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence prohledání databáze párovým přiložením Predikce proteinové struktury 20/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence prohledání databáze párovým přiložením Predikce proteinové struktury identifikace templátu 21/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence prohledání databáze párovým přiložením Predikce proteinové struktury identifikace templátu MSLGAKPFGE. . . MGV-AKTYGE. . . přiložení sekvencí 22/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování MSLGAKPFGE. . . MGV-AKTYGE. . . MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence prohledání databáze párovým přiložením identifikace templátu přiložení sekvencí extrakce páteře náhrada vedl. řetězců Predikce proteinové struktury 23/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování MSLGAKPFGE. . . MGV-AKTYGE. . . MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence prohledání databáze párovým přiložením identifikace templátu doplnění smyček Predikce proteinové struktury přiložení sekvencí extrakce páteře náhrada vedl. řetězců 24/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování MSLGAKPFGE. . . MGV-AKTYGE. . . MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence prohledání databáze párovým přiložením optimalizace modelu Predikce proteinové struktury identifikace templátu doplnění smyček přiložení sekvencí extrakce páteře náhrada vedl. řetězců 25/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování MSLGAKPFGE. . . MGV-AKTYGE. . . MSLGAKPFGE. . . modelovaná sekvence prohledání databáze párovým přiložením hodnocení modelu Predikce proteinové struktury optimalizace modelu identifikace templátu doplnění smyček přiložení sekvencí extrakce páteře náhrada vedl. řetězců 26/39

Predikce terciární struktury q Homologní modelování § Swiss-Model § Modeller Predikce proteinové struktury 27/39

Predikce terciární struktury q Ab initio predikce § Vytváří atomistický model založený na základních fyzikálních principech § Hledá geometrii struktury v globálním energetickém minimu § Umožňuje navrhovat struktury neexistující v přírodě § “Svatý Grál“ bioinformatiky Predikce proteinové struktury 28/39

Predikce terciární struktury q Ab initio predikce § Rosetta, Robetta Predikce proteinové struktury 29/39

Predikce terciární struktury q Meta-servery § Gene. Silico § 3 D-Jury Predikce proteinové struktury 30/39

Predikce molekulárních komplexů q Molekulární dokování § Umísťování malých organických molekul – ligandů – do vazebných domén receptorů, aktivních center enzymů nebo žlábků DNA § Náhodně generované orientace a konformace ligandu v blízkosti biomolekuly jsou hodnoceny energetickým skóre § Energetické skóre = interakční energie = van der Waalsova energie + elektrostatická energie + energie vodíkových vazeb + entropie Predikce proteinové struktury 31/39

Predikce molekulárních komplexů q Molekulární dokování § DOCK § AUTODOCK Predikce proteinové struktury 32/39

Hodnocení predikčních metod q CASP § Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction § Mezinárodní soutěž spolehlivosti predikčních metod = umožňuje kritické a objektivní hodnocení § K hodnocení jsou využívány slepé predikce = soutěžící obdrží proteinové sekvence se známou, avšak dosud nepublikovanou strukturou – organizátoři porovnají predikované a experimentální struktury Predikce proteinové struktury 33/39

Hodnocení predikčních metod q CASP § Predikce terciární struktury § Predikce molekulárních komplexů § Predikce kontaktů mezi zbytky § Predikce neuspořádaných regionů § Predikce domén § Predikce funkce proteinů § Hodnocení kvality modelů § Upřesnění modelů Predikce proteinové struktury 34/39

Hodnocení predikčních metod q CASP Predikce proteinové struktury 35/39

Proteinové inženýrství Bi 7410 § Období: jaro § Rozsah: přednáška 1 hodina/týden § Vyučující: Mgr. Radka Chaloupková, Ph. D. § Osnova: § strukturně-funkční vztahy proteinů § metody exprese a purifikace rekombinantních proteinů § metody strukturní a funkční analýzy proteinů § racionální design, semi-racionální design a řízená evoluce § příklady využití proteinového inženýrství Predikce proteinové struktury 36/39

Strukturní biologie Bi 9410+9410 c § Období: podzim § Rozsah: přednáška 2 hodiny/týden, cvičení 2 hodiny/týden § Vyučující: Mgr. David Bednář, Ph. D. § Osnova: § struktura, stabilita a dynamika biologických makromolekul § makromolekulární interakce a komplexy § stanovení a předpověď struktury, identifikace důležitých oblastí § stanovení vlivu mutace na strukturu a funkci proteinu § aplikace v biologickém výzkumu, návrhu léčiv a biokatalyzátorů Predikce proteinové struktury 37/39

Molekulární biotechnologie Bi 7430 § Období: podzim § Rozsah: přednáška 2 hodiny/týden, cvičení 2 hodiny/týden § Přednášky: Prof. Zbyněk Prokop, Ph. D. § Cvičení: Dr. Šárka Bidmanová, Dr. Koen Beerens, Dr. Veronika Štěpánková, Mgr. Lukáš Chrást § Osnova: § proteinové, metabolické a tkáňové inženýrství § genetické inženýrství rostlin a živočichů § molekulární diagnostika, vakcíny, terapeutika § buněčná a genová terapie, regenerativní medicína § molekulární biotechnologie v průmyslu a zemědělství Predikce proteinové struktury 38/39

Reference q q q q Claverie, J-M. , & Notredame, C. (2006). Bioinformatics For Dummies (2 nd ed. ). Wiley Publishing, Hoboken, p. 436. Xiong, J. (2006). Essential Bioinformatics. Cambridge University Press, New York, p. 352. PSI-PRED: http: //bioinf. cs. ucl. ac. uk/psipred/psiform. html Quick 2 D (MPI Toolkit): http: //toolkit. tuebingen. mpg. de/quick 2_d Modeller: http: //salilab. org/modeller/ Modeller (Gene. Silico): https: //genesilico. pl/toolkit/unimod? method=Modeller Swiss-Model: http: //swissmodel. expasy. org/ Gen. THREADER: http: //bioinf. cs. ucl. ac. uk/psipred/psiform. html PHYRE: http: //www. sbg. bio. ic. ac. uk/~phyre/index. cgi Gene. Silico Meta. Server: https: //www. genesilico. pl/meta 2/ 3 D-Jury: http: //meta. bioinfo. pl/submit_wizard. pl Rosetta@home: http: //boinc. bakerlab. org/rosetta/ CASP: http: //predictioncenter. org/index. cgi Predikce proteinové struktury 39/39