Termiz davlat universiteti Tabiiy fanlar fakulteti Botanika kafedrasi

2. 2Molekulyar va molekulalararo kontaktlarni farqlash muammosi

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 gomo-oligomerlarni 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.
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 erituvchiga kirish mumkin bo'lgan sirt maydonini bashorat qilish usullarini davom ettirish bashorat qilingan aloqa xaritalarida molekulyar va molekulalararo kontaktlarning bo'linishini osonlashtirishi kerak. Transmembran oqsillari uchun lipofillik prognozlari odatda membranaga qaragan qoldiqlarni aniqlash uchun ishlatiladi 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. 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 getero-oligomerik oqsil komplekslariga qo'llanilishini ko'rsatdi. Ovchinnikov va uning hamkasblari 50S ribosoma subunit kompleksi oqsillari va boshqa protein komplekslari o'rtasida bir nechta kontaktli qoldiq juftlarini ishonchli tarzda bashorat qilishdi. 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. 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 va yangi usullar bu organizmlar uchun aniqlikni yaxshilaydi.
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, ab initio modellashtirish va hatto kontaktni bashorat qilishning o'zi . 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 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 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 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 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. Past sifatli prognozlar davridan boshlab, g'oya yaqinda qayta ko'rib chiqildi va yadroni tekislash usuli yordamida amalga oshirildi. 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 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 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 .Protein kristalli tuzilishini hal qilish uchun bosqichma-bosqich muammoni – faqat intensivlik ma'lumotlarini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash qobiliyatini eksperimental yoki hisoblash vositalaridan foydalangan holda engish kerak. Kontaktni bashorat qilish, strukturaviy eritmaning hisoblash yo'li sifatida molekulyar almashtirish (MR) uchun eng mos keladi. MRda noma'lum maqsadli tuzilmaning kamida bir qismiga yaqin bo'lgan "qidiruv modeli" odatda ketma-ket aylanish va tarjima bosqichlari orqali nosimmetrik birlikda joylashgan. Keyinchalik bu joylashtirilgan struktura dastlabki elektron zichlik xaritalarini hisoblash imkonini beruvchi taxminiy faza ma'lumotlari manbai sifatida ishlatilishi mumkin. Biroq, MRni alohida ko'rib chiqishdan oldin, barcha bosqichma-bosqich yondashuvlar uchun protein maqsadining domen tuzilishini har tomonlama tushunish qiymatini takrorlash kerak.
Maqsad va ma'lum protein tuzilmalari yoki oilalari (domenlari) o'rtasidagi tan olingan evolyutsion munosabatlar eksperimental tuzilma yechimini osonlashtiradigan xususiyatlar mavjudligini qimmatli ravishda bashorat qilishi mumkin. Masalan, metallni bog'lash, asosni bog'lash yoki kofaktor bilan bog'lash joylari har bir tabiiy ligandlarni yoki ularning sun'iy analoglarini, foydali anomal tarqalish xususiyatlariga va/yoki yuqori massaga ega atomlarni o'z ichiga olishi mumkin. Bunday hollarda bitta kristalli yoki ko'p kristalli diffraktsiya ma'lumotlari anomal tarqalish va / yoki izomorf almashtirish yondashuvlari bilan hal qilish uchun javob beradi
Maqsadli va ma'lum tuzilmalar o'rtasidagi yashirin evolyutsion munosabatlarni tanib olishning bunday usullari kontaktni bashorat qilishdan ikki jihatdan foyda keltiradi. Birinchidan, yuqorida tavsiflangan takomillashtirilgan domen tahlili homologiyani aniqlash vositalarining sezgirligini oshirishi mumkin: ma'lum burmalar yoki oilalar butun ko'p domenli ketma-ketlikka qaraganda, alohida domenlarni qamrab oluvchi maqsadning kichik bo'limlariga ishonchliroq moslashtirilishi mumkin. Ikkinchidan, katlamni aniqlash usullari yaqin kelajakda bashorat qilingan kontakt ma'lumotlaridan to'g'ridan-to'g'ri foydalanishi mumkin: ikkalasining moslashuviga ko'ra, nishon uchun bashorat qilingan kontaktlarga mos keladigan taxminiy mos keladigan burmalar yuqori bahoga ega bo'lishi mumkin. Hisob. Ushbu sohadagi ishlar yaqinda nashr etildi.
Bashorat qilingan kontaktlar maqsadning o'ta ikkinchi, uchinchi va to'rtlamchi tuzilishi haqida ma'lumot berish orqali yaxshiroq qidiruv modellarini olishga yordam beradi. Ehtimol, eng aniq dastur yaxshiroq tuzilma modellarini yaratish uchun kontakt bashoratlaridan foydalanishdir. Strukturaviy bioinformatikachilar tuzilmaviy xarakterga ega bo'lmagan oqsil oilalarining model vakillari uchun bashorat qilingan aloqa ma'lumotlaridan tezda foydalanishdi. Natijalar odatda katlamalarni moslashtirish orqali juda qimmatli funktsional xulosalar uchun etarli bo'lsa-da yakuniy modellarning umumiy o'rtacha aniqligi, ba'zi hollarda orqa miya stereokimyosining yomonligi. MR uchun ularning qiymati haqidagi savolni ochiq qoldirdi. Simkovich va hamkasblari ushbu muammoni hal qilishda yaqinda aloqa yordamining ahamiyatini o'rganishdi ab initio kontekstidagi modellar KO'P Klaster va kesish qidiruv modelini tayyorlash tizimi Ishda umumiy usuldan bashorat qilingan holda yordam berilmagan modellar solishtirildi PconsC 2 va roman kombinatsiyasi bilan boshqariladiganlar PconsC β-varaqga xos usul bilan 2, bbkontaktlar. 62 qoldiq o'lchamlari, 1,0𔃀,3 Å o'lchamlari va barcha katlama sinflari bo'lgan 21 ta holatdan iborat to'plamda ular faqat bashorat qilingan kontakt ma'lumotlari bilan ma'lum qilingan modellar yordamida hal qilinishi mumkin bo'lgan bir nechta maqsadlarni topdilar. Ushbu ma'lumotning afzalliklari ikki xil edi: kattaroq oqsillarni yaxshiroq modellashtirish usulning yuqori hajmi chegarasini kengaytirdi va ilgari juda kamdan-kam muvaffaqiyatli bo'lgan β - boy oqsillar (Bibby). va boshqalar. , 2012), tez-tez muvaffaqiyatli hal qilindi. Bashorat qilingan aloqalarning mutlaqo mustaqil aloqasi KO'P Qidiruv modelini tayyorlash bashorat qilingan kontaktlar ketma-ketlikni saqlash kabi, biologik muhim tarkibiy xususiyatlarni saqlab qolish uchun evolyutsion bosimdan kelib chiqishini anglashdan kelib chiqadi. Shunday qilib, bashorat qilingan kontaktlar, ma'lum yoki gumon qilingan, faqat joylashtirilgan tuzilmalar bilan uzoqdan bog'liq bo'lgan maqsad o'rtasida taqsimlangan asosiy xususiyatlarni aniqlashga yordam berishi mumkin. Kontaktlarni bashorat qilish qobiliyati, hatto bitta homologlarni ham qidirish modelini tayyorlashga yordam beradi KO'P ning kesish usuli hozirda o'rganilmoqda.
Nihoyat, uchinchi darajali tuzilma uchun, so'nggi ishlarning qiziqarliligi, ma'lum bir strukturaning muqobil konformatsiyasi haqida bashorat qilish imkonini beradigan kontaktlarni bashorat qilishning umumiy qobiliyatiga ishora qiladi. Bu erda mantiqiy asos shundaki, har qanday biologik muhim konformatsiya tegishli kontaktlarga evolyutsion bosimga olib keladi, bu o'zini jalb qilingan pozitsiyalar juftligi o'rtasida aniqlangan kovariatsiya sifatida namoyon qiladi. Bu hodisa avval kontaktga asoslangan modellashtirish jarayonida qayd etilgan edi, bunda bitta modellashtirilgan tuzilma kovaratsiyalanuvchi qoldiq juftlarining naqshini to'liq tushuntirib bera olmasligi isbotlangan, chunki bashorat qilingan kontaktlar ikki xil konformatsiyadan kelib chiqqan.
Maqsadning to'rtlamchi tuzilishini bashorat qilish MR uchun ham qimmatli bo'lishi mumkin va homo-oligomerlar va hetero-oligomerlar uchun ham tegishli. Aslini olganda, prognoz qilingan kontakt ma'lumotlaridan foydalanish uchun tizimli bioinformatikada ishlab chiqilgan ma'lumotlarga asoslangan docking yondashuvlari oligomerik qidiruv modellarini olish va tartiblash uchun ishlatilishi mumkin. Alohida bo'linmalar bilan solishtirganda, ular nishonning tarqalish moddasining ko'proq qismini o'z ichiga oladi va shuning uchun agar etarlicha aniq bo'lsa, shovqinga yaxshilangan signalni ko'rsatishi kerak va shuning uchun tuzilmani muvaffaqiyatli hal qilish imkoniyati yuqori bo'ladi. Yagona dock server, InterEvDock Evolyutsion kovariatsiyani avtomatik ravishda hisob-kitoblariga kiritadigan ixtiro yaqinda paydo bo'ldi. U yordamida ikkita konstruktsiyani qattiq korpusli ulash amalga oshiriladi FRODOK. Keyin 10 pozadan iborat pul uch xil uslubda baholanadi, ulardan biri qoldiq asosidagi birgalikda evolyutsiya ballidir. i-COMS server va server uchta baholashning har biri bo'yicha eng yaxshi reyting pozalarini klasterlash orqali topilgan eng yaxshi o'nta konsensus modellari haqida xabar beradi. Crystallographer bashorat qilingan kontaktlar yoki dockingni boshqaradigan yondashuvlarni ham takrorlashi mumkin bilan HADDOCK yoki docking natijalarini tartiblang PatchDock v.1.0 va bilan aniqlang Rosetta . Hozirgi vaqtda ko'pchilik o'rnatish serverlari bashorat qilingan kontakt ma'lumotlaridan foydalanish uchun optimallashtirilmagan: ular interfeysga yaqin deb hisoblangan har bir o'rnatilgan oqsilda qoldiqlar to'plamini qabul qilishlari mumkin, lekin juftlashtirilgan taxminiy kontaktlarni qabul qilmaydi. Bu yaqin kelajakda o'zgarishi kutilishi mumkin bo'lsa-da, foydalanuvchi hozirda ba'zi yuqori samarali serverlarning pozalarida yuqori darajadagi molekulalararo kontaktlar mavjudligini aniqlash uchun natijalarni qo'lda tekshirishi kerak. ClusPro yoki oqsil hamkorlarini moslashuvchan joylashtirish uchun ixtisoslashgan serverlar, masalan SwarmDock . Va nihoyat, bu erda ikki xil oqsil o'rtasidagi aloqani bashorat qilishning qo'shimcha qiyinchiliklarini takrorlash kerak: har birining ortologlari bir qator turlar o'rtasida mos keladigan birlashtirilgan hizalama talab qilinadi. Bunday juftlarni ishonchli aniqlash ahamiyatsiz emas. Shu sababli, ba'zi hozirgi etakchi usullar kabi GREMLIN shu paytgacha mikrobial genom-kontekst ma'lumotlari ortologni aniqlash uchun qo'shimcha yordam beradigan holatlarga e'tibor qaratdi. Albatta, gomooligomerlardagi kontaktlar uchun bu cheklovlar qo'llanilmaydi. Ushbu yig'ilishlarni bashorat qilish, ayniqsa, simmetriya o'rnatishda qo'shimcha foydali cheklovni ta'minlaydigan membrana teshiklari kabi holatlarda ishonchli bo'ladi


Xulosa
Xulosa qilib shuni aytish mumkinki hozirda butun dunyoning eng dolzarb muammolaridan biri bu oqsil strukturasini oldindan toʻliq va aniq qilib aytishdir. Buni oʻrganish uchun hozirda juda koʻp davlatlarda ilmiy izlanishlar olib borilmoqda. Va holbuki hali ham organizmdagi oqsillarning 10 foizigina oʻrganilgan xolos. Oqsillarning vazifasi har xil ya'ni baʼzi bir oqsillar organizm toʻqligini bildirsa ayrimlari ochligini. Oqsil strukturasini oldindan aytish yani bashorat qilish koʻplab oqsil bilan bogʻliq kasalliklarni oldini olishga va uni davolashda ishlatiladigan dori vositalarini ishlab chiqishda katta ahamiyat kasb etadi. Buning uchun dastlab oqsillarni har xil usullar bilan ajratib tozalab olib keyin kimyoviy ishlov berish zarur boʻladi. Bu jarayonlarni ham amalga oshirish uchun juda koʻp usullar ishlab chiqilgan. Bularning oʻrganilish tarixi 200 yil muqaddamga taqaladi va ham qadimdan boshlanganiga darak beradi. Organizmda oqsillar deyarli juda koʻp qismni tashkil etadi. Shu bilan birga organizmdagi barcha fiziologik jarayonlar oqsillar faoliyati bilan bogʻliq. Kasalliklarni kelib chiqish sabablari asosiysiga ham mana shu oqsillar sababchi boʻladi. X-nurli kristallografiya va tobora ko'proq kriyo-EM kabi atom modellarini olishga qaratilgan tizimli biologiya usullarining natijalari mavjud ma'lumotlarga sezgir tarzda bog'liq. Faqat ultra yuqori aniqlikda rentgen strukturalarini faqat rentgen nurlari diffraktsiyasi ma'lumotlari yordamida aniq takomillashtirish mumkin, chunki ma'lumotlardan parametrga juda past (Rupp, 2009). Odatda, kristall tuzilmalarni takomillashtirishda kuzatilgan diffraktsiya ma'lumotlarini to'ldirish uchun qo'shimcha ma'lumotlar, eng aniq kimyoviy ma'lumotlar, masalan, bog'lanish masofalari, shuningdek, mavjud bo'lganda, kristallografik bo'lmagan simmetriyadan qo'shimcha cheklovlar qo'llaniladi. Biroq, past piksellar sonida, hatto bu qo'shimcha ma'lumotlar ham atomni tozalash uchun etarli emasligi isbotlanishi mumkin va shuning uchun rekonstruktsiyalar faqat past aniqlikdagi xarita yoki konvertga joylashtirilgan va qattiq jismning aniqlangan alohida bo'linmalari yoki domenlari uchun tuzilmalar yoki modellarni o'z ichiga olishi mumkin.