Análise de Estruturas de Proteínas (Parte 2) Jeane Melo.
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Análise de Estruturas de Proteínas
(Parte 2)
Jeane Melo
Jeane Melo
Roteiro
Introdução
Predição de Estrutura Secundária (Parte 1) Apresentação do problema Exemplos de abordagens Preditor NNPSS
Comparação e Detecção de Padrões Estruturais (Parte 2) Apresentação do problema Exemplos de abordagens Modelo desenvolvido
Jeane Melo
Introdução Proteínas
Metabolismo, suporte de filamentos, catálise bioquímica, regulação do volume celular e imunização
Jeane Melo
Introdução
PDB
48235
Swiss-Prot
290484
Seqüências
X
Estruturas
Jeane Melo
Introdução
Predição de Estrutura Secundária de
Proteínas
Jeane Melo
Predição de Estrutura Secundária
Patrick J. Fleming, Haipeng Gong and George D. Rose (2006) Secondary structure determines protein topology. Protein Science 15:1828-1834.
Jeane Melo
O Preditor NNPSS
Jeane Melo
Extração de Características
Comparação e Detecção
de Estruturas
Jeane Melo
Comparação e Detecção de Estruturas
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Motivos (motifs) estruturais
Elemento estrutural tri-dimensional encontrado em diversas moléculas.
Ex.: Coiled Coil
GCN4 leucine zipper
gp41 hexamer: initiates the entry of HIV into its target cell.
Jeane Melo
Domínios Estruturais
Estruturas compactas
Função
Ação individual ou em conjunto
Delimitação
Bases de Dados 3Dee CATH Dali SCOP
Pyruvate kinase, a protein from three domains
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Classificação de Estruturas
Jeane Melo
Alinhamento Estrutural
Alinhamento de seqüências baseado em comparação estrutural
Comparação de proteínas com baixa similaridade entre as seqüências.
Thioredoxin: Humano X Drosophila melanogaster.
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Processo de Comparação
Escolha das características Elementos geométricos Elementos topológicos Propriedades físico-químicas dos
aminoácidos
Representação Rotação e translação Pouca variação diante de
pequenas diferenças
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Processo de Comparação
Representação através de um conjunto de pontos Coordenadas dos centros
dos átomos Restrição da região de
comparação Cadeias laterais
Escalier, V. (1997). Algorithmes pour la comparaison de structures moléculaires tridimensionnelles. PhD thesis, Université Paris VII.
Jeane Melo
Processo de Comparação
Representação através de EES Mais simples e compacta (15~300) Mecanismos genéticos raramente produzem mutações
topológicas
Dror, O., Benyamini, H., Nussinov, R., and Wolfson, H. J. (2003). Multiple structural alignment by secondary structures: Algorithm and applications. Protein Science, 12:2492-2507.
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Exemplos de Abordagens
Arthur Lesk, 1995 Distribuição dos elementos
de estrutura secundária (SSEs) ao longo da cadeia
Interações geométricas entre tais elementos
Representação Matricial Classes de interação
1 1 2 3
1 PE KK
1 PD
2 PE HH
3 HH PD HH
Lesk, A. M. (1995). Systematic representation of protein folding patterns. Journal of Molecular Graphics, 13:159-164.
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Exemplos de Abordagens
Ferramenta TOPS Seqüência de SSEs (grafos) Relações entre pares de
elementos Ignora tamanho e orientações
precisas up e down
Busca em bancos de dados definidos
Michalopoulos, I., Torrance, G. M., Gilbert, D. R., and Westhead, D. R. (2004). TOPS: an enhanced database of protein structural topology. Nucleic Acids Research, 32.
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Exemplos de Abordagens
Ferramenta MASS Dois níveis
Elementos de estrutura secundária (SSEs) Tipo, distância 1.5Å,
diferença entre ângulos 0.3 rad
Coordenadas atômicas dos C
Dror, O., Benyamini, H., Nussinov, R., and Wolfson, H. J. (2003). Multiple structural alignment by secondary structures: Algorithm and applications. Protein Science, 12:2492-2507.
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Exemplos de Abordagens
Melhor alinhamento pivot
Ferramenta MASS (cont.)
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Pontos Abordados
Informações a serem consideradas no processo da comparação
Comparação múltipla
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Representação Proposta
Dados Obtenção de vetores através do VAST Acesso direto ao valor do ângulo ou dupla codificação Distâncias Tamanho dos vetores Flexibilidade
Representação através de grafos
Gibrat, J.-F., Madej, T., and Bryant, S. H. (1996). Surprising similarities in structure comparison. Current Opinion in Structural Biology.
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Busca por Motivos
Isomorfismo de subgrafos
a
b
c d
e f
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Busca por Motivos
Algoritmo do Ullmann Estender um mapeamento M inicialmente vazio Enumerar todos os possíveis isomorfismos Seleção de possibilidades baseada no grau dos
vértices Teste de adjacência
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Busca por Motivos
Adaptação do algoritmo do Ullmann Representação adotada para o problema Restrições
Grau dos vértices, tipo, tamanho Relações entre pares de elementos
Ângulo, código, distâncias Grau dos vértices
Testes preliminares Conjunto de 20 globinas
Reconhece a ocorrência de motivos no conjunto Proteínas similares têm representações similares
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Busca por Subestrutura Comum
Busca por subgrafo maximal Generalização de isomorfismo de grafos NP-completo
Adaptação do algoritmo de McGregor Representação adotada Comparação múltipla
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Busca por Subestrutura Comum
Algoritmo de McGregor
Efetuar o produto dos grafos envolvidos
Efetuar a busca por cliques no grafo resultante Cliques nos grafos resultantes corresponderão a
subestruturas comuns
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Busca por Subestrutura Comum
Produto de grafos
a
b
c d
e
adae
bd
be
cdce
f
af
bf
cf(A) (B)
(AXB)
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Busca por Subestrutura Comum
Generalização para N proteínas Representação adotada Vértices similares
Tipo, tamanho Arestas
Ângulos, distâncias
Jeane Melo
Busca por Subestrutura Comum
Testes Conjunto de 20 globinas
Tipo (não muito seletivo) Tamanho
30% Ângulos e distâncias
Proteínas com dois domínios em comum Retorna elementos pertencentes a ambos os domínios
Jeane Melo
Busca por Subestrutura Comum
Proteínas muito semelhantes e com número de elementos de estrutura secundária bem acima da média Número de vértices considerados Cliques Grafos esparsos