Структура белка

Структура белка
• Как предсказать вторичную структуру
белка?
• Как найти и анализировать
пространственную структуру, если она
известна?
• Что можно делать, если структура
неизвестна
Предсказание вторичной
структуры белков
Начало 1990х
На Web – очень много программ
=> α-спиральные участки, β-стрэнды и
“random coils” или “loops” (с поворотом)
Точность предсказания - ~75%
Предсказание вторичная
структура белка: PSIPRED
http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/
PSIPRED - output
PSIPRED – графический выход
PredictProtein
o Предсказывает:
 Вторичную структуру (H, E, C)
 Для каждого остатка – доступность для
растворителей
 Трансмембранные сегменты и их топологию
 Глобулярные участки белка
 Coiled coil участки
 PROSITE мотивы в белке
 Prodom домены
 Дисульфидные связи
 Участки с неравномерным а.к.-составом
o Запускает META server для исследуемого белка
o Требует регистрации
o http://www.predictprotein.org/
Evaluation of secondary structure
prediction
EVA: http://cubic.bioc.columbia.edu/eva/:
 сравнивает различные серверы по
предсказанию вторичной структуры
 часто обновляемый список
действующих серверов
PDB – универсальный репозиторий
данных по пространственной
структуре белка
PDB – стандартная запись
Still images
Jmol
Как найти гомолога с известной
3D структурой?
 BLASTP против PDB
 Для структурной схожести достаточно даже
невысокой гомологии! (~ 20% id)
 Чему соответствуют консервативные участки
на структуре?
Cn3D (NCBI -> “Structure”)
Similar viewers:
RasMol - www.rasmol.org
SwissPDBviewer http://www.expasy.ch/swiss
mod/SWISS-MODEL.html/
MMDB Structure
View 3D structure
Как выделить интересные
участки?
Что еще бывает?
 Homology modelling – моделирование структуры на основе
структуры близкого гомолога:
– Modeller http://guitar/rockfeller.edu/modeller/modeller/html
– SWISS-MODEL http://www.expasy.ch/swissmod/SWISSMODEL.html
 Ab initio folding – http://folding.stanford.edu/
 Threading – моделирование на основе структур удаленных
гомологов
– NCBI Structure –
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/RESEARCH/threading.ht
ml
– PROSPECT – http://compbio.ornl.gov/structure/prospect/
 Симуляция молекулярной динамики:
– http://www.scripps.edu/Brooks/
– http://molmovdb.mbb.yale.edu/MolMovDB/
 Molecular docking (взаимодействие белков между собой или с
малыми молекулами):
– http://www.bio.vu.nl/nvtb/Docking.html
– http://www.biochem.abdn.ac.uk/hex/
(non-coding) RNAs
Моделирование вторичной структуры
Базы данных некодирующих РНК
Поиск RNA c заданной структурой
Достижения биоинформатики:
– miRNA
– riboswitches
Почему и здесь надо
использовать компьютер?
Non-coding RNAs – как правило, малые
молекулы, которым приписывают все
больше и больше функций: очень
мощный приток новой информации
Вычислительные методы очень
эффективны в анализе РНК –
вторичная структура, ко-эволюция
остатков, растущие базы данных,
предсказание малых РНК и их мишеней
Базы данных РНК и предсказание
РНК-генов в геноме
 Функции РНК зависят от типа –
специализированные базы данных
 РНК-гены сложно предсказывать – они
короткие и не слишком консервативные
 Общее свойство всех РНК-молекул –
стабильная вторичная структура (известную
структуру можно использовать при
предсказании)
 Мишени miRNA – разные методы
предсказания и соответсвующие базы данных
Примеры специализированных
баз данных и предсказалок
 tRNAs – Sean Eddy,
http://www.genetics.wustl.edu/eddy/tRNAscan-SE
 rRNAs – филогенический анализ
http://rdp.cme.msu.edu/
 miRNAs (miRBase) – http://microrna.sanger.ac.uk/
 Prediction of miRNA targets
 http://pictar.bio.nyu.edu
 http://bibiserv.techfak.uni-bielefeld.de/rnahybrid/
 http://mirna.imbb.forth.gr/microinspector/
 Коллекция ресурсов по siRNAs – http://sirna.cgb.ki.se/
Предсказание вторичной
структуры РНК - Mfold
http://frontend.bioinfo.rpi.
edu/applications/mfold/
Mfold - output
Предсказание структуры
гомологичных РНК
 Позиции в РНК, участвующие в связывании
при образовании вторичной структуры,
эволюционируют согласованно –
ковариационный анализ
 Множественное выравнивание => более
эффективное предсказание вторичной
структуры
 Stand-alone programs (например,
http://www.genetics.wustl.edu/software/#cove/
 On-line - http://bioinf.fbb.msu.ru/RNAAlign/
(множественное выравнивание и
предсказание структуры)
PatScan – поиск структурных РНК
известной структуры
http://www-unix.mcs.anl.gov/compbio/PatScan/HTML/scanner.html
PatScan - output
Основная проблема – создать паттерн по структуре!!!
(+ к тому, что использовано – правило спаривания :
r1={au,gc} p1=10…12 3…8 r1~p1)
Riboswitches
Новый (самый древний!) тип регуляции
транскрипции на основе РНКвзаимодействий (распространен,
преимущественно, у прокариот)
Был открыт и изучен
биоинформатическими методами
(российскими учеными!)
Регуляция непосредственным
связыванием лиганда – малой
молекулы
RFN-элемент: механизм регуляции
генов синтеза витамина B2 (FMN)
• Transcription attenuation
• Translation attenuation