Повторная ссылка на химический сдвиг ядерного магнитного резонанса
Повторная привязка химического сдвига ядерного магнитного резонанса - это метод химического анализа для привязки химического сдвига в биомолекулярном ядерном магнитном резонансе (ЯМР). [ 1 ] Было подсчитано, что до 20% назначений смен 13C и до 35% назначений смен 15N указаны неправильно. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Учитывая, что структурная и динамическая информация, содержащаяся в химических сдвигах, часто весьма неуловима, очень важно правильно учитывать химические сдвиги белков, чтобы можно было обнаружить эти тонкие различия. По сути, проблема с привязкой к химическому сдвигу связана с тем, что химические сдвиги представляют собой измерения относительной частоты, а не измерения абсолютной частоты. Из-за исторических проблем с привязкой к химическому сдвигу химические сдвиги, возможно, являются наиболее точно измеримыми, но наименее точно измеряемыми параметрами во всей ЯМР-спектроскопии . [ 3 ] [ 5 ]
Программы для повторной привязки химического сдвига белков
[ редактировать ]Из-за масштабов и серьезности проблем, связанных с определением химического сдвига в биомолекулярном ЯМР, был разработан ряд компьютерных программ, помогающих смягчить эту проблему (краткое описание см. в Таблице 1). Первой программой, призванной комплексно решить проблему неправильного определения химического сдвига в биомолекулярном ЯМР, была SHIFTCOR. [ 2 ]
Таблица 1. Сводная информация и сравнение различных программ повторной привязки химических сдвигов и обнаружения неправильного присвоения. [ 5 ]
| Программа [Справочник] | Обнаруживает или выполняет повторную привязку смены | Обнаруживает грубые ошибки назначения | Обнаруживает тонкие ошибки назначения | Отличает ошибки присваивания от ошибок ссылок. | Требуется 3D-структура |
|---|---|---|---|---|---|
| Чекшифт [ 6 ] [ 7 ] | Да | Нет | Нет | Нет | Нет |
| АВС [ 8 ] | Нет | Да | Нет | Нет | Нет |
| ЛАКС [ 4 ] [ 9 ] | Да | Нет | Нет | Нет | Нет |
| ПССИ [ 10 ] | Да | Нет | Нет | Нет | Нет |
| ШИФТКОР [ 2 ] | Да | Да | Иногда | Да | Да |
| ПАНАВ [ 11 ] | Да | Да | Да | Да | Да |
SHIFTCOR: программа коррекции химического сдвига на основе структуры.
[ редактировать ]SHIFTCOR — это автоматизированная программа коррекции химического сдвига белка, которая использует статистические методы для сравнения и коррекции предсказанных химических сдвигов ЯМР (полученных на основе трехмерной структуры белка) относительно входного набора экспериментально измеренных химических сдвигов. SHIFTCOR использует несколько простых статистических подходов и заранее определенные пороговые значения для выявления и исправления потенциальных ошибок в ссылках, присвоении и типографских ошибках. SHIFTCOR выявляет потенциальные проблемы, связанные с химическим сдвигом, сравнивая разницу между средним значением каждого набора наблюдаемых сдвигов основной цепи (1Hα, 13Cα, 13Cβ, 13CO, 15N и 1HN) и соответствующими предсказанными химическими сдвигами. Разница между этими двумя средними значениями приводит к специфичному для ядра смещению химического сдвига или эталонной коррекции (т.е. одно для 1H, одно для 13C и одно для 15N). Чтобы гарантировать, что некоторые экстремальные выбросы не будут чрезмерно искажать эти средние значения смещения, среднее значение наблюдаемых сдвигов рассчитывается только после исключения потенциальных неправильных присвоений или типографских ошибок. [ 2 ]
Выход SHIFTCOR
[ редактировать ]SHIFTCOR генерирует и сообщает о смещениях или различиях химических сдвигов для каждого ядра. Результаты содержат анализ химического сдвига (включая списки потенциальных неправильных присвоений, предполагаемые ошибки привязки, предполагаемую ошибку в рассчитанном эталонном смещении (95% доверительный интервал), примененное или предлагаемое эталонное смещение, коэффициенты корреляции, значения RMSD) и исправленный файл химического сдвига в формате BMRB (подробности см. на рисунке 1). [ 2 ] SHIFTCOR использует программу расчета химического сдвига SHIFTX. [ 12 ] для прогнозирования сдвигов 1Hα, 13Cα,15N на основе координат трехмерной структуры анализируемого белка. Сравнивая прогнозируемые сдвиги с наблюдаемыми, SHIFTCOR способен точно идентифицировать смещения отсчета химического сдвига, а также потенциальные ошибки присвоения. Ключевым ограничением подхода SHIFTCOR является то, что он требует наличия трехмерной структуры целевого белка для оценки эталонного смещения химического сдвига. Учитывая, что присвоение химических сдвигов обычно производится до определения структуры, вскоре стало понятно, что необходимо разработать структурно-независимые подходы. [ 5 ]
Структурно-независимые программы коррекции химического сдвига
[ редактировать ]Было разработано несколько методов, в которых используется оцененное (с помощью сдвигов 1H или 13C) или предсказанное (с помощью последовательности) содержание вторичной структуры анализируемого белка. Эти программы включают PSSI, [ 10 ] Чекшифт, [ 6 ] [ 7 ] ЛАКС, [ 4 ] [ 9 ] и ПАНАВ. [ 11 ]
Программы PSSI и PANAV используют вторичную структуру, определяемую сдвигами 1H (которые почти никогда не используются неправильно), для корректировки сдвигов 13C и 15N целевого белка в соответствии со вторичной структурой, полученной из 1H. LACS использует разницу между вторичными сдвигами 13Cα и 13Cβ, нанесенную на график относительно вторичных сдвигов 13Cα или вторичных сдвигов 13Cβ, для определения эталонного смещения. Более поздняя версия LACS [68] была адаптирована для выявления ошибочных ссылок на химический сдвиг 15N. Эта новая версия LACS использует хорошо известную связь между сдвигами 15N и сдвигами 13Cα (или сдвигами 13Cβ предыдущего остатка). [ 3 ] В отличие от LACS и PANAV/PSSI, CheckShift использует вторичную структуру, предсказанную с помощью высокопроизводительных программ прогнозирования вторичной структуры, таких как PSIPRED. [ 13 ] итеративно корректировать химические сдвиги 13C и 15N так, чтобы их вторичные сдвиги соответствовали предсказанной вторичной структуре. Было показано, что все эти программы точно идентифицируют ошибочно указанные и правильно повторно ссылаются на химические сдвиги белков, хранящиеся в BMRB. [ 7 ] [ 11 ] Обратите внимание, что и LACS, и CheckShift запрограммированы так, чтобы всегда прогнозировать одно и то же смещение для сдвигов 13Cα и 13Cβ, тогда как PSSI и PANAV не делают этого предположения. Как правило, PANAV и PSSI обычно демонстрируют меньший разброс (или стандартное отклонение) в рассчитанных опорных смещениях, что указывает на то, что эти программы немного более точны, чем LACS или CheckShift. Ни LACS, ни CheckShift не способны обрабатывать белки, которые имеют чрезвычайно большие (более 40 ppm) смещения эталона, тогда как PANAV и PSSI, похоже, способны справляться с такими типами аномальных белков. [ 11 ] В недавнем исследовании [ 11 ] программа повторной привязки химического сдвига (PANAV) была запущена в общей сложности для 2421 записи BMRB, в которой была достаточная доля (> 80%) назначенных химических сдвигов для выполнения надежной коррекции привязки химического сдвига. Всего было обнаружено 243 записи со смещением сдвигов 13Cα более чем на 1,0 м.д., 238 записей со смещением сдвигов 13Cβ более чем на 1,0 м.д., 200 записей со смещением сдвигов 13C' более чем на 1,0 м.д. и 137 записей со смещением сдвигов 15N более чем на 1,0 м.д. чем 1,5 ч/млн. Согласно этому исследованию, 19,7% записей в BMRB имеют неверные ссылки. Очевидно, что привязка химических сдвигов продолжает оставаться серьезной и до сих пор нерешенной проблемой для сообщества биомолекулярных ЯМР. [ 5 ] [ 11 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уишарт, Д.С.; Бигам К.Г.; Яо Дж; Абильдгаард Ф; и др. (1995). «Привязка к химическому сдвигу 1H, 13C и 15N в биомолекулярном ЯМР». Журнал биомолекулярного ЯМР . 6 (2): 135–40. дои : 10.1007/bf00211777 . ПМИД 8589602 . S2CID 12534280 .
- ^ Jump up to: а б с д и Чжан, Х; Нил С. и Уишарт Д.С. (март 2003 г.). «RefDB: База данных единых химических сдвигов белков». Дж. Биомол. ЯМР . 25 (3): 173–195. дои : 10.1023/А:1022836027055 . ПМИД 12652131 . S2CID 12786364 .
- ^ Jump up to: а б с Уишарт, Д.С. ; Дело ДА (2001). «Использование химических сдвигов при определении макромолекулярной структуры». Ядерный магнитный резонанс биологических макромолекул . Часть А. Методы энзимологии. Том. 338. стр. 3–34. дои : 10.1016/s0076-6879(02)38214-4 . ISBN 9780121822392 . ПМИД 11460554 .
- ^ Jump up to: а б с Ван, Л. (2009). «Эмпирическая корреляция между вторичными химическими сдвигами 15N и 13C основной цепи белка и ее применение для повторного определения химического сдвига азота» . Журнал биомолекулярного ЯМР . 44 (2): 95–99. дои : 10.1007/s10858-009-9324-0 . ПМЦ 2782637 . ПМИД 19436955 .
- ^ Jump up to: а б с д Уишарт, DS (февраль 2011 г.). «Интерпретация данных о химическом сдвиге белка». Прогресс в спектроскопии ядерного магнитного резонанса . 58 (1–2): 62–87. Бибкод : 2011PNMRS..58...62W . дои : 10.1016/j.pnmrs.2010.07.004 . ПМИД 21241884 .
- ^ Jump up to: а б Гинзингер, Юго-Запад; Герик Ф; Коулз М; Хын В. (2007). «CheckShift: автоматическая коррекция несогласованных привязок к химическому сдвигу». Журнал биомолекулярного ЯМР . 39 (3): 223–227. дои : 10.1007/s10858-007-9191-5 . ПМИД 17899394 . S2CID 42088330 .
- ^ Jump up to: а б с Гинзингер, Юго-Запад; Скоцибусич М; Хын В. (2009). «Улучшение CheckShift: быстрая коррекция эталонного химического сдвига с высокой точностью». Журнал биомолекулярного ЯМР . 44 (4): 207–211. дои : 10.1007/s10858-009-9330-2 . ПМИД 19575298 . S2CID 43883142 .
- ^ Мозли, Нью-Хэмпшир; Сахота Дж; Монтелионе Т.Г. (июль 2004 г.). «Комплект программного обеспечения для проверки присвоения для оценки и представления данных о назначении белкового резонанса». Журнал биомолекулярного ЯМР . 28 (4): 341–355. дои : 10.1023/B:JNMR.0000015420.44364.06 . ПМИД 14872126 . S2CID 14483199 .
- ^ Jump up to: а б Ван, Л; Эгбалния HR; Бахрами А; Маркли Дж.Л. (май 2005 г.). «Линейный анализ различий в химических сдвигах углерода-13 и его применение для обнаружения и исправления ошибок при привязке и идентификации спиновых систем». Журнал биомолекулярного ЯМР . 32 (1): 13–22. дои : 10.1007/s10858-005-1717-0 . ПМИД 16041479 . S2CID 33690078 .
- ^ Jump up to: а б Ван, Ю; Уишарт Д.С. (2005). «Простой метод корректировки непоследовательно указанных назначений химических сдвигов белков 13C и 15N». Журнал биомолекулярного ЯМР . 31 (2): 143–148. дои : 10.1007/s10858-004-7441-3 . ПМИД 15772753 . S2CID 21209202 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Ван, Б; Ван Ю (2010). «Вероятностный подход к проверке присвоения химического сдвига белков ЯМР». Журнал биомолекулярного ЯМР . 47 (2): 85–99. дои : 10.1007/s10858-010-9407-y . ПМИД 20446018 . S2CID 22564072 .
- ^ Нил, С; Нип AM; Чжан Х; Уишарт Д.С. (июль 2003 г.). «Быстрый и точный расчет химических сдвигов белков 1H, 13C и 15N». Журнал биомолекулярного ЯМР . 26 (3): 215–240. дои : 10.1023/A:1023812930288 . ПМИД 12766419 . S2CID 29425090 .
- ^ Макгаффин, LJ; Брайсон К; Джонс Д.Т. (2000). «Сервер предсказания структуры белка PSIPRED» . Биоинформатика . 16 (4): 404–405. дои : 10.1093/биоинформатика/16.4.404 . ПМИД 10869041 .
Общие ссылки
[ редактировать ]- Уишарт, Д.С.; Сайкс Б.Д.; Ричардс FM (1992). «Индекс химического сдвига - быстрый и простой метод определения вторичной структуры белка с помощью ЯМР-спектроскопии». Биохимия . 31 (6): 1647–1651. CiteSeerX 10.1.1.539.2952 . дои : 10.1021/bi00121a010 . ПМИД 1737021 .
- Уишарт, Д.С.; Сайкс Б. (1994). «Индекс химического сдвига C-13 - простой метод идентификации вторичной структуры белка с использованием данных химического сдвига C-13». Журнал биомолекулярного ЯМР . 4 (2): 171–180. дои : 10.1007/BF00175245 . ПМИД 8019132 . S2CID 42323147 .
- Осапай, К; Дело ДА (1994). «Анализ протонных химических сдвигов в регулярной вторичной структуре белков». Журнал биомолекулярного ЯМР . 4 (2): 215–230. дои : 10.1007/bf00175249 . ПМИД 8019135 . S2CID 33487411 .
- Гроненборн, AM; Клор GM (1994). «Идентификация N-концевых спиралей, закрывающих боксы, с помощью химических сдвигов 13C». Журнал биомолекулярного ЯМР . 4 (3): 455–458. дои : 10.1007/bf00179351 . ПМИД 8019146 . S2CID 8355611 .
- Мозли, Х.Н.; Сахота Дж; Монтелионе ГТ (2004). «Комплект программного обеспечения для проверки присвоения для оценки и представления данных о назначении резонанса белков». Журнал биомолекулярного ЯМР . 28 (4): 341–355. дои : 10.1023/B:JNMR.0000015420.44364.06 . ПМИД 14872126 . S2CID 14483199 .