Análise de Estruturas de Proteínas

Apresentação em tema: "Análise de Estruturas de Proteínas"— Transcrição da apresentação:

1 Análise de Estruturas de Proteínas
(Parte 2) Jeane Melo

2 Roteiro Introdução Predição de Estrutura Secundária (Parte 1)
Apresentação do problema Exemplos de abordagens Preditor NNPSS Comparação e Detecção de Padrões Estruturais (Parte 2) Modelo desenvolvido Jeane Melo

3 Introdução Proteínas Metabolismo, suporte de filamentos, catálise bioquímica, regulação do volume celular e imunização Jeane Melo

4 Introdução Swiss-Prot PDB Seqüências X Estruturas 290484 48235
Jeane Melo

5 Introdução Jeane Melo

6 Predição de Estrutura Secundária de Proteínas

7 Predição de Estrutura Secundária
Patrick J. Fleming, Haipeng Gong and George D. Rose (2006) Secondary structure determines protein topology. Protein Science 15: Jeane Melo

8 O Preditor NNPSS Jeane Melo

9 Extração de Características
Jeane Melo

10 Comparação e Detecção de Estruturas

11 Comparação e Detecção de Estruturas
Jeane Melo

12 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

13 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 Jeane Melo

14 Classificação de Estruturas
Jeane Melo

15 Alinhamento Estrutural
Alinhamento de seqüências baseado em comparação estrutural Comparação de proteínas com baixa similaridade entre as seqüências. Thioredoxin: Humano X Drosophila melanogaster. Jeane Melo

16 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 Jeane Melo

17 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

18 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: Jeane Melo

19 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 PE KK PD HH Lesk, A. M. (1995). Systematic representation of protein folding patterns. Journal of Molecular Graphics, 13: Jeane Melo

20 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. Jeane Melo

21 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: Jeane Melo

22 Exemplos de Abordagens
Ferramenta MASS (cont.) Melhor alinhamento pivot Jeane Melo

23 Pontos Abordados Informações a serem consideradas no processo da comparação Comparação múltipla Jeane Melo

24 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. Jeane Melo

25 Busca por Motivos Isomorfismo de subgrafos a b c d e f Jeane Melo

26 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 Jeane Melo

27 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 Jeane Melo

28 Busca por Subestrutura Comum
Busca por subgrafo maximal Generalização de isomorfismo de grafos NP-completo Adaptação do algoritmo de McGregor Representação adotada Comparação múltipla Jeane Melo

29 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 Jeane Melo

30 Busca por Subestrutura Comum
Produto de grafos ae af ad c d a be bd bf b e f cd cf ce (A) (B) (AXB) Jeane Melo

31 Busca por Subestrutura Comum
Generalização para N proteínas Representação adotada Vértices similares Tipo, tamanho Arestas Ângulos, distâncias Jeane Melo

32 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

33 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 Jeane Melo