Modelagem, Avaliação, Modificação e Seleção de Estruturas de Proteínas

Apresentação em tema: "Modelagem, Avaliação, Modificação e Seleção de Estruturas de Proteínas"— Transcrição da apresentação:

1 Modelagem, Avaliação, Modificação e Seleção de Estruturas de Proteínas
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE INFORMÁTICA MESTRADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Modelagem, Avaliação, Modificação e Seleção de Estruturas de Proteínas Projeto de Pós-Graduação Aluno Erico Souza Teixeira | Orientadora Katia Silva Guimarães

2 PROTEÍNAS

3 Citosina | Guanina Adenina | Timina
Conceitos Citosina | Guanina Adenina | Timina

4 PROJETO

5 Área de Desenvolvimento
BioInformática Química Computacional Modelagem Molecular Descoberta das estruturas 3D

6 O Problema Construção de um modelo 3D de uma proteína a partir da seqüência primária

7 O Problema >gi|532319|pir|TVFV2E|TVFV2E envelope protein ELRLRYCAPAGFALLKCNDADYDGFKTNCSNVSVVHCTNLMNTTVTTGLLLNGSYSENRT QIWQKHRTSNDSALILLNKHYNLTVTCKRPGNKTVLPVTIMAGLVFHSQKYNLRLRQAWC HFPSNWKGAWKEVKEEIVNLPKERYRGTNDPKRIFFQRQWGDPETANLWFNCHGEFFYCK MDWFLNYLNNLTVDADHNECKNTSGTKSGNKRAPGPCVQRTYVACHIRSVIIWLETISKK TYAPPREGHLECTSTVTGMTVELNYIPKNRTNVTLSPQIESIWAAELDRYKLVEITPIGF APTEVRRYTGGHERQKRVPFVXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXVQSQHLLAGILQQQKNL LAAVEAQQQMLKLTIWGVK ATOM N VAL A A1 N ATOM CA VAL A A1 C ATOM C VAL A A1 C ATOM O VAL A A1 O ATOM CB AVAL A A1 C ATOM CB BVAL A A1 C ATOM CG1AVAL A A1 C ATOM CG1BVAL A A1 C ATOM CG2AVAL A A1 C ATOM CG2BVAL A A1 C

8 O Problema Importância Situação atual
Funcionalidade de uma proteína está relacionada com sua estrutura 3D Desenvolvimento de novos medicamentos Descobrir estruturas de outras proteínas Situação atual 1/6 das seqüências tem estrutura conhecida Swiss-Prot (155576) X PDB (26403 )

9 Atacando o problema Métodos experimentais Estático Dinâmico
cristalografia de raios-X Dinâmico técnicas de ressonância nuclear magnética

10 Atacando o problema Aplicações teóricas métodos físicos
ab initio métodos empíricos threading homologia

11 Homologia fim busca e seleção dos templates avaliação do modelo
alinhamento alvo-template construção do modelo

12 Atacando o problema Precisões Experimentais (o.3 - o.5Å )
Empíricos (1.oÅ ) Físicos (3.5Å )

13 Atacando o problema Dificuldades Experimentais Teóricos Tempo
Equipamentos e laboratórios especializados Teóricos Manuseio com diversos programas (entrada/saída, interfaces) Precisão

14 Melhorando a Precisão Avaliadores
Indicam possíveis regiões problemáticas Metodologia baseada em conhecimento prévio Interações não covalentes entre os átomos de C-O-N Freqüências de interações: janela e uma distância Propriedades estereoquímicas (ângulos e distância de ligação, Ramanchandran Plot, ângulos diedros das cadeias laterais, ...) Morris et al. (1992) e Engh & Huber (1991) Interações entre os átomos Cálculo de Energia potencial

15 Melhorando a Precisão Criando Novas Conformações
Modelos de uma seqüência polipeptídica próximos da estrutura nativa Coordenadas Cartesianas dos Cα estágios iniciais da difração de raios-X seqüências do PDB Analítica Baseado em conhecimento Minimização de energia Ângulos de torção Φ (phi), ψ (psi) Construir a geometria ideal da proteínas

16 Seleção dos Modelos Métodos Campos de força Baseados em conhecimento
Equações de potenciais de energia Termos não-ligados (interações de Lennard-Jones e Coulomb ) Ligados (distância das ligações, ângulos de ligação, ângulos diedros) Restrições de posição e de distância Baseados em conhecimento Ou potenciais estatísticos Função de pontuação

17 O Projeto Definição eliminação defeitos presentes nas estruturas de proteínas originadas da modelagem por homologia Construir, avaliar, modificar e selecionas as melhores conformações

18 O Projeto Modelagem Avaliação da estrutura Construção das conformações
Seleção das regiões defeituosas Estrutura primária da proteína Estrutura terciária da proteína Novos modelos Modelo final

19 OUTROS PROJETOS

20 Modelagem MODELLER Interface da Accelrys
Nenhum estudo de automatização do processo

21 Avaliadores 3 tipos de avaliadores Não há um projeto de relacionamento
Estereoquímicas Energia potencial Propriedades não presentes no processo de modelagem Não há um projeto de relacionamento

22 Criando novas conformações
Analítico 2-3 resíduos RAPPER e PETRA Ab initio FREAD Baseado em conhecimento prévio 3-8 resíduos CODA Combinação entre o FREAD e PETRA Não há aplicação em “mundo real”

23 Seleção de estruturas Comparação entre Problemas
Campos de Força (CHARMM) Potenciais estatísticos RMSD Cα Choque de energia das cadeias laterais Problemas Seleção empírica Sob modelos originados de processos experimentais

24 Como Resolver o Problema

25 Ferramentas Aplicadas
Modelagem MODELLER Projeto na graduação Mais conhecida Bom material teórico

26 Ferramentas Aplicadas
Avaliadores PROCHECK ANoLEA ProSa PROVE

27 Ferramentas Aplicadas
Criação das conformações Ab initio Ângulos de torção Φ (phi), ψ (psi) Seleção das Conformações TINKER Campo OPLSAA

28 Linguagens de Programação
Perl Saídas das ferramentas apresentavam um formato ASCII Projetos em iniciação científica Java Orientada o objeto Não dominava a linguagem C++

29 Entrada/Saída

30 O Projeto CODIGO=<"CODIGO"> MODELLER=<on/off>
SEQUENCIA=<"SEQUENCIA"> TEMPLATES= INICIO= FIM= NOME= ORIGEM= SEARCH=<no/yes/only> AVALIADOR3D=<on/off> PDB=default ANOLEA=1 PROCHECK=1 PROSA=1 PROVE=1 WINDOW=5 CONFORMACOES=<on/off> ANOLEA=0 PROCHECK=0 PROSA=0 PROVE=0 AUTOMATIC=yes/no

31 Exemplo

32 Modelagem Search Tabela de seqüências similares

33 Modelagem Download dos arquivos PDB
Alinhamento entre as estruturas e a seqüência alvo Construção da Árvore de Distância

34 Modelagem Construção de 5 modelos Seleção pela menor energia

35 Avaliadores Escolha dos pesos para cada uma das ferramenta Execução
Cálculo da região de maior pontuação

36 Construção das estruturas
Há 1000 conformações no conjunto final? sim Sai do algoritmo não Retira uma conformação da fila Insere o próximo resíduo Após 25 tentativas Conformação recusada Tem o tamanho da região – 1? Insere a nova e a antiga conformação na fila Aproximação entre o dummy e a penúltima âncora Insere a última âncora Não houve choques Insere a nova conformação no conjunto final e a antiga na fila Houve choques

37 Construção das Estruturas

38 Seleção da melhor conformação
Construção das cadeias laterais Validação dos choques Cálculo da energia sem minimização Escolha das 50 com menor energia Cálculo do campo de força com minimização Seleção daquela que apresenta a menor energia

39 Alternativas

40 Modelagem Construção de interface que permita
Alterar os alinhamentos Visualizar agrupamentos das seqüências similares Função de pontuação para a seleção automática ou classificação dos templates

41 Avaliadores Clustering da informação
Associar os tipos usados como modelos de cada ferramenta com os templates da homologia Determinar uma função de pontuação de acordo com as famílias de proteínas

42 Construção de conformações
Inserir parcelas de campos de força como filtro de construção Aplicação de análises originados de estruturas representativas do PDB Ab initio + conhecimento prévio

43 Seleção das conformações
Aplicação de outros campos de força de acordo com a famílias dos templates

44 Docking Aplicação dos campos de força Busca dos sítios ativos

45 Modelagem, Avaliação, Modificação e Seleção de Estruturas de Proteínas
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE INFORMÁTICA MESTRADO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Modelagem, Avaliação, Modificação e Seleção de Estruturas de Proteínas Projeto de Pós-Graduação Obrigado !!!

46 Análise de um Modelador de Estrutura de Proteínas e seus Componentes
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE INFORMÁTICA GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Análise de um Modelador de Estrutura de Proteínas e seus Componentes Trabalho de Graduação em Teoria da Computação Obrigado !!!