Análise de Estruturas de Proteínas (Parte 2) Jeane Melo

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

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

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

Introdução Jeane Melo

Predição de Estrutura Secundária de Proteínas

Predição de Estrutura Secundária Patrick J. Fleming, Haipeng Gong and George D. Rose (2006) Secondary structure determines protein topology. Protein Science 15:1828-1834. Jeane Melo

O Preditor NNPSS Jeane Melo

Extração de Características Jeane Melo

Comparação e Detecção de Estruturas

Comparação e Detecção de Estruturas Jeane Melo

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

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

Classificação de Estruturas Jeane Melo

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

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

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

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, 12:2492-2507. Jeane Melo

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, 13:159-164. Jeane Melo

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

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, 12:2492-2507. Jeane Melo

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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