مخطط التكامل

الموسوعة الحرة
وصف تصويري لمخطط التكامل مع مناطقه المختلفة
توزيع النقاط في مخطط التكاملية المقابلة للسلاسل الجانبية للأحماض الأمينية المدفونة من بنية بلورية بروتينية عالية الدقة

مخطط التكامل (CP) هو أداة بيانية للتحقق من صحة النماذج الذرية للبروتينات الكروية المطوية ، وكذلك التفاعلات بين البروتينات . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] يعتمد هذا المخطط على تمثيل احتمالي لاتجاه السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية ، على غرار اتجاه العمود الفقري المفضل في مخططات راماشاندران . ويمكن استخدامه لتوضيح عملية طي البروتين وارتباطه. تتوفر نسخ مطورة من حزمة البرامج ويتم تحديثها باستمرار على منصة GitHub ، وهي مخصصة للبروتينات الكروية المطوية [ 4 ] وللمركبات البروتينية. [ 5 ] يُدمج هذا البرنامج في حزم أدوات المعلوماتية الحيوية OmicTools [ 6 ] و Delphi tools. [ 7 ]

خلفية

تعتمد عملية التحقق من صحة البنى البلورية ثلاثية الأبعاد للبروتينات تقليديًا على مجموعة متنوعة من المعايير، بدءًا من: (أ) توزيع البقايا في مخطط راماشاندران ، [ 8 ] [ 9 ] (ب) الانحرافات عن الوضع المثالي، [ 10 ] [ 11 ] لأطوال الروابط والزوايا، (ج) التلامسات الذرية القصيرة (درجات التداخل الفراغي)، [ 12 ] (د) توزيع متماثلات السلاسل الجانبية (الروتامرات)، [ 13 ] و(هـ) معايير الروابط الهيدروجينية. [ 14 ] ويُعدّ ظهور مخطط التكاملية كأداة للتحقق من صحة بنية البروتينات بمثابة دمج للأساليب التقليدية. إذ يكشف هذا المخطط عن الأخطاء الموضعية في الإحداثيات الذرية، كما يُطابق تسلسل الأحماض الأمينية بدقة مع طيّه ثلاثي الأبعاد الأصلي الموجود بين نماذج مُضلِّلة. يعتمد مخطط التكامل على الاستخدام المشترك للتكامل الشكلي والكهروستاتيكي [ 1 ] لبقايا الأحماض الأمينية المدفونة كليًا أو جزئيًا بالنسبة لبيئتها المكونة من بقية سلسلة الببتيد، وهو مؤشر حساس على انسجام أو عدم انسجام البقايا الداخلية فيما يتعلق بالقوى قصيرة المدى وطويلة المدى التي تدعم الطي الأصلي. قد يكون مصطلح "مخطط التكامل" (CP) تسمية غير دقيقة، إذ يوجد في الواقع ثلاثة مخططات، يخدم كل منها نطاقًا محددًا من تعرض البقايا المرسومة للمذيب (CP1، CP2، CP3 لمجموعات الدفن 1، 2، 3).

وصف مصور

استُلهم تصميم مخطط التكاملية إلى حد كبير من مخطط راماشاندران (ولكن ليس من خصائصه الفيزيائية والكيميائية). يتميز مخطط راماشاندران بطبيعته الحتمية، بينما يتميز مخطط التكاملية بطبيعته الاحتمالية. يتعامل مخطط راماشاندران مع زوايا الالتواء في السلسلة الرئيسية، وتكون الأخطاء في هذه المعلمات محدودة محليًا بشكل أساسي. في المقابل، يتعامل مخطط التكاملية مع التوافق الهندسي والكهروستاتيكي للسلاسل الجانبية الداخلية مع محيطها المحلي وغير المحلي. قد ينشأ عدم التوافق (عدم التطابق) في هذه المعلمات المترافقة نتيجةً لعدد كبير من الأخطاء الناتجة عن زوايا الروابط أو الالتواءات من سلسلة الببتيد المطوية بأكملها تقريبًا. ومع ذلك، على غرار مخطط راماشاندران، تُسمى المنطقة داخل المحيط الأول "محتملة" (على غرار المنطقة "المسموحة")، والمنطقة بين المحيطين الأول والثاني "أقل احتمالًا" ("مسموحة جزئيًا")، والمنطقة خارج المحيط الثاني "غير محتملة" ("غير مسموحة").

التطبيقات

تُستخدم تقنية CP على نطاق واسع في علم الأحياء البنيوي التجريبي والحسابي. [ 2 ] يُظهر بحثٌ مُعمّقٌ في تأثير الأخطاء الطفيفة في زوايا/التواءات الروابط في السلسلة الرئيسية والجانبية على الطي الكلي أن تقنية CP فعّالة في كشف هذه الأخطاء حتى في حال فشل المعايير الأخرى الموجودة مسبقًا، والتي تعتمد على منع التداخل الفراغي الموضعي والانحراف عن الوضع المثالي. لا تقتصر عواقب هذه الأخطاء الزاوية الطفيفة على نطاق محلي، بل تُؤدي إلى عدم تطابق هندسي وكهروستاتيكي لبقايا الأحماض الأمينية الداخلية في جميع أنحاء الطي، وهو ما يُمكن لتقنية CP كشفه. قد تنشأ هذه الأخطاء من: (أ) عدم تطابق التواءات السلاسل الجانبية/تحديدات خاطئة للمُتَماثِلات الدورانية (وهذا ذو أهمية خاصة للهياكل منخفضة الدقة)، (ب) التتبع غير الصحيح لمسارات السلسلة الرئيسية أثناء التحسين (مما يُؤدي إلى أخطاء منخفضة الشدة تنتشر على كامل سلسلة الببتيد). يمكن لتقنية CP أيضًا الكشف عن تشوهات التعبئة، وعلى وجه الخصوص، يمكنها الإشارة إلى الشحنات الجزئية غير المتوازنة داخل البروتينات. وهي مفيدة في نمذجة التماثل وتصميم البروتينات. كما تم تطوير نسخة من الرسم البياني (CPint) [ 15 ] وإتاحتها لدراسة أخطاء مماثلة في واجهات التفاعل بين البروتينات.

رصيف CP

رصيف CP

على النقيض من المخططات التي تُعرض على مستوى البقايا، يتوفر أيضًا نوعٌ بديلٌ لمخطط التكاملية، وهو CPdock [ 16 ] ، لعرض قيم Sc وEC الفردية لسطح التفاعل بين البروتينات، ومن ثم تقييم جودة البنية الذرية للمركب (سواءً تم حلها تجريبيًا أو بناؤها حاسوبيًا). Sc [ 17 ] وEC [ 18 ] هما قيم التكاملية الشكلية والكهروستاتيكية المحسوبة لـ "أسطح التفاعل بين البروتينات"، والتي اقترحها بيتر كولمان وزملاؤه في التسعينيات. طُوِّر CPdock في الأساس كدالة تسجيل لتكون بمثابة مرشح أولي في عملية إرساء البروتينات، ويمكن أن يكون أداةً بالغة الأهمية في تصميم البروتينات، كما ثبت مؤخرًا في أبحاث كوفيد-19، سواءً في تسجيل النتائج أو في تقييم المركبات المُرساة لإزالة تأثير ارتباط الركيزة المساعدة في ارتباط المُثبِّط المُستهدف. [ 19 ] [ 20 ]

برمجة

CP@SINP: http://www.saha.ac.in/biop/www/sarama.html CP: https://github.com/nemo8130/SARAMA-updated CPint: https://github.com/nemo8130/SARAMAint-updated CPdock: https://github.com/nemo8130/CPdock

EnCPdock (خادم الويب): https://scinetmol.in/EnCPDock/

مراجع

  1. 1 2 باسو إس، بهاتاشاريا دي، بانيرجي آر (2012) التكامل الذاتي داخل البروتينات: سد الفجوة بين الارتباط والطي. مجلة الفيزياء الحيوية 102: 2605-2614. doi: 10.1016/j.bpj.2012.04.029 http://www.saha.ac.in/biop/www/sarama.html
  2. 1 2 باسو إس، بهاتاشاريا دي، بانيرجي آر (2014) تطبيقات مخطط التكامل في الكشف عن الأخطاء والتحقق من بنية البروتينات. المجلة الهندية للكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية 51: 188-200
  3. ↑ باسو إس، بهاتاشاريا دي، والنر بي (2014) SARAMAint: مخطط التكامل لواجهة البروتين-البروتين. مجلة المعلوماتية الحيوية والتحكم الذكي 3: 309-314. doi: 10.1166/jbic.2014.1103
  4. ↑ باسو، سانكار (26 يونيو 2017). "تحديث ساراما: مخطط التكامل  : أداة للتحقق من صحة بنية البروتينات الكروية" . جيت هاب .
  5. ↑ باسو، سانكار (26 يونيو 2017). "تحديث SARAMAint: مخطط التكامل لواجهة البروتين-البروتين (CPint)" . GitHub .
  6. ↑ "ساراما: أداة معلوماتية حيوية للتحقق من صحة البنية | تحليل بنية البروتين" . أدوات علم الجينوم .
  7. ↑ المجموعة، البروفيسور إميل أليكسوف. "الفيزياء الحيوية الحاسوبية والمعلوماتية الحيوية" . compbio.clemson.edu .{{cite web}}له |last1=اسم عام ( مساعدة )
  8. ↑ راماشاندران، جي إن، راماكريشنان، سي، ساسيسيكاران، في، الكيمياء الفراغية لتكوينات سلسلة عديد الببتيد. مجلة البيولوجيا الجزيئية، 1963، 7 ، 95-99.
  9. ↑ Kleywegt, GJ, Jones, TA, Phi/Psi-chology: Ramachandran revisited. Structure., 1996, 4 , 1395–1400.
  10. ↑ Touw, WG, and Vriend, G., On the complex of Engh and Huber refinement restrictions: the angle tau as example. Acta Cryst D, 2010, 66, 1341–1350.
  11. ↑ لاسكوفسكي، آر إيه، ماك آرثر، إم دبليو، موس، دي إس، ثورنتون، جي إم، برو تشيك: برنامج للتحقق من الجودة الفراغية لهياكل البروتين. مجلة علم البلورات التطبيقية، 1993، 26 ، 283-291.
  12. ↑ ديفيس، آي دبليو، ليفر-فاي، أ.، تشين، في بي، بلوك، جيه إن، كابرال، جي جيه، وانغ، إكس.، موراي، إل دبليو، أريندال، دبليو بي الثالث، سنويينك، جيه.، ريتشاردسون، جيه إس، ريتشاردسون، دي سي، مول بروبيتي: التحقق من صحة بنية البروتينات والأحماض النووية من خلال التفاعلات الذرية الكاملة. أبحاث الأحماض النووية، 35، W375–W383.
  13. ↑ شابوفالوف، إم إس، ودونبراك، آر إل، الابن. مكتبة روتامرات بروتينية مُنعّمة تعتمد على العمود الفقري، مُستمدة من تقديرات كثافة النواة التكيفية والانحدارات. ستراكشر، 2001، 19، 844-858.
  14. ↑ هوفت، آر دبليو دبليو، ساندر، سي، وفريند، جي، تحديد مواقع ذرات الهيدروجين عن طريق تحسين شبكات الروابط الهيدروجينية في هياكل البروتين. البروتينات، 1996، 26 ، 363-376.
  15. ↑ باسو، سانكار؛ بهاتاشاريا، دانانجاي؛ والنر، بيورن (1 ديسمبر 2014). "SARAMAint: مخطط التكامل لواجهة البروتين-البروتين". مجلة المعلوماتية الحيوية والتحكم الذكي . 3 (4): 309-314 . doi : 10.1166/jbic.2014.1103 .
  16. ↑ باسو، سانكار (2017-12-07). "CPdock: مخطط التكاملية لالتحام البروتينات: تطبيق الكهروستاتيكية المتصلة متعددة العوازل". مجلة النمذجة الجزيئية . 24 (1): 8. doi : 10.1007/s00894-017-3546-y . ISSN 0948-5023 . PMID 29218430. S2CID 23174519 .   
  17. ↑ لورانس، إم سي؛ كولمان، بي إم (20 ديسمبر 1993). "تكامل الشكل عند واجهات البروتين/البروتين". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 234 (4): 946-950 . doi : 10.1006/jmbi.1993.1648 . ISSN 0022-2836 . PMID 8263940 .  
  18. ↑ مكوي، أ. ج.؛ تشاندانا إيبا، ف.؛ كولمان، ب. م. (2 مايو 1997). "التكامل الكهروستاتيكي عند أسطح التفاعل بين البروتينات". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 268 (2): 570-584 . doi : 10.1006/jmbi.1997.0987 . ISSN 0022-2836 . PMID 9159491 .  
  19. ↑ باسو، سانكار؛ تشاكرافارتي، ديفلينا؛ بهاتاشاريا، دانانجاي؛ ساها، بامبا؛ باترا، هيراك ك. (31 مايو 2021). "حاصرات محتملة لنطاق ربط مستقبلات البروتين الشوكي في تصميم جزيئي لفيروس سارس-كوف-2 وديناميكيات التفاعل الكامنة من خلال واصفات هيكلية عالية المستوى" . مجلة النمذجة الجزيئية . 27 (6): 191. doi : 10.1007/s00894-021-04779-0 . ISSN 0948-5023 . PMC 8165686. PMID 34057647 .   
  20. ↑ باسو، سانكار؛ عساف، سيمون س .؛ تيهيو، فابيان؛ رومان، ماريان؛ بوتشي، فابريزيو (2021). " BRANEart: تحديد مناطق الاستقرار والقوة والضعف في البروتينات الغشائية" . مجلة Frontiers in Bioinformatics . 1. doi : 10.3389/fbinf.2021.742843 . ISSN 2673-7647 . PMC 9581023. PMID 36303753 .