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