modeling flexibility in docking with homologue templates. how far can we go?

Dana AttiasSupervisor: Dr. Ora Furman-SchuelerJune 14th, 2007

מה זהDocking?בעיה חישובית שמטרתה לחזות ◦

מבנה קומפלקס-חלבוני בהנתן מבנים פתורים של שני מונומרים.

:הצעד הבאFlexible Docking.

?כיצדHomologue Homologue TemplatesTemplates.

2

1ACB

.חלבונים אינם פועלים לבד.מתקשרים ע"מ "להעביר מידע", לבצע תהליך ביולוגי:פתירת מבנה החלבון, יכולה להוביל להבנה של

פרטנרים פוטנציאלים.◦השפעת מוטציה על הקישור – גורם למחלות גנטיות.◦◦Design.

( קריסטלוגרפיהPDB:)צורכת זמן.◦קושי בייצור הגביש.◦ מונומרים פתורים.40,000~◦ קומפלקסים.10%~◦

3

.סיבוכיות.חלבונים הם מולקולות גמישות ודינאמיות.המבנה התלת-מימדי מושפע מתנאים סביבתיים

◦Side-Chain flexibility◦Backbone flexibility

Unbound Bound

4

."החלבון כ-"סלע.שש דרגות חופש

רוטציה טרנסלציה

5

Semi rigid-body docking:גמישות שיירי צד.◦הפתרון הוביל לחיזוי ברמות דיוק גבוהות מאוד.◦

Flexible backbone:גמישות שלד החלבון.◦ החלבונים.שניהתחשבות באוריינטציה ובקיפול של ◦.Dockingבעיה מרכזית בתחום ה-◦

6

Ribonuclease inhibitor complexed with Ribonuclease A.

Unbound Bound – E Chain

Bound – I Chain7

Implicit מתן פתרון לא – מדויק, עם התנגשויות.

Explicit ניסיון למדל את – .Backboneהשינוי ב-

◦Loop Modeling.◦Homologue TemplatesHomologue Templates..

Loop Modeling

BoundUnboundPrediction 8

המטרה: האם ניתן להשתמש בחלבונים הומולוגייםע"מ לחזות את שינוי מבנה השלד?

הרעיון: בחירה מתוך קבוצת מונומרים. כל מונומר מייצגאפשרות שונה למבנה השלד.

UnboundUnboundUnboundUnbound

M M

H H

9

Homologue

Model

קומפלקס התחלתי

נקודת התחלה רנדומלית

שיפור המיקום ההתחלתי-ואופטימיזציה של ה

Side Chains

מבנה

פרדיקציה

מספר מבנים רצוי

10

InterfaceScore

11

Interface RMSD to native

1DFJ_BB

BB UU

12

Interface RMSD to native

InterfaceScore

בנייתData Set.של קומפלקסים מציאת חלבונים הומולוגים לפחות לאחד מזוג

החלבונים שבקומפלקס. יצירת קומפלקסים חדשים מהצורהUH-ו HU.-הרצת ה Data Set-ב RosettaDock.:ניתוח התוצאות

זיהוי מבנים מוצלחים.◦בחירת ההומולוג הנכון.◦

13

:אוסף מייצג של חלבונים ממספר מקורות◦A Protein-Protein Docking Benchmark1

◦Protein-Protein Docking Benchmark 2.02

חלבונים נוספים עליהם נעשתה עבודה במעבדה.◦

:סינון כפילויות◦Sequence Identity.◦Interface Domain.

.בחירת סט עבודה התחלתי1 Rong Chen et al. (2003), PROTEINS: Structure, Function and Genetics 52:88-912 Julian Mintseris et al. (2005), PROTEINS: Structure, Function and Bioinformatics 60:214-216

14

סך המבנים שהתקבלו לאחר מציאת .הומולוגים בחלוקה לפי קומפלקסים

15

:ניתוח ראשוני של התוצאותקיבוץ כל המבנים המתייחסים לקומפלקס מקור יחיד.◦

UH1, UH2, UH3….BB ו-UUהשוואת אל מול ◦

:זיהוי המבנים המוצלחים.Clustersבניית ◦מבנה בעל אנרגיה נמוכה ביותר.◦ נמוך ביותר.RMDSמבנה בעל ◦

16

Energy Funnel

17

1ACB_BB 1ACB_UU HU1

Interface RMSD to native

18

BoundUnboundHomologue

19

BoundUnboundHomologue

20

1STF_BB

1STF_UU

HU1 HU2

HU3 HU4

Interface RMSD to native

התקרבות למבנה האמיתיהתקרבות למבנה האמיתי

21

1DFJ_BB

1DFJ_UU

HU1 HU2

HU3UH1

Interface RMSD to native

האם ההומולוג תרם לשיפור? Funnelקומפלקסים שהראו

22

:מאפיינים משותפים בין חלבונים שהניבו שיפור◦Sequence Identity.◦Interface Sequence Identity.רצפטור או ליגאנד?◦.H ל-U בין Cαמרחקי ◦

השוואה למודלUM.

UnboundUnboundUnboundUnbound

H H

M M

23

Homologue

Model

24