Инициатива по ферментным функциям
 | |
| Формирование | 2010 |
|---|---|
| Цель | Разработать и распространить надежную стратегию определения функции ферментов. |
| Штаб-квартира | Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн |
Главный следователь | Джон А. Герлт, доктор философии. |
Бюджет | Пятилетний NIGMS на клей грант |
| Веб-сайт | www.enzymefunction.org |
Инициатива по функциям ферментов ( EFI ) — это крупномасштабный совместный проект, целью которого является разработка и распространение надежной стратегии определения функции ферментов с помощью интегрированного подхода, основанного на последовательности и структуре. [1] Проект был профинансирован в мае 2010 года Национальным институтом общих медицинских наук в виде гранта на клей, который поддерживает исследования сложных биологических проблем, которые не могут быть решены одной исследовательской группой. [2] [3] EFI во многом был вызван необходимостью разработки методов определения функций огромного числа белков, открытых в рамках проектов геномного секвенирования. [4]
Мотивация
[ редактировать ]Резкое развитие технологий секвенирования генома привело к тому, что количество белковых последовательностей, депонированных в общедоступные базы данных, выросло в геометрической прогрессии. [5] Чтобы справиться с наплывом последовательностей, базы данных используют вычислительные прогнозы для автоматического аннотирования функций отдельных белков. Хотя эти вычислительные методы обладают преимуществами чрезвычайно высокой производительности и, как правило, обеспечивают точную широкую классификацию, их эксклюзивное использование привело к значительному уровню неправильной аннотации функций ферментов в базах данных белков. [6] Таким образом, хотя доступная сейчас информация представляет собой беспрецедентную возможность понять клеточный метаболизм в самых разных организмах, включая возможность идентифицировать молекулы и/или реакции, которые могут улучшить качество жизни человека, этот потенциал не был полностью реализован. [7] Способность биологического сообщества охарактеризовать вновь открытые белки отстает от скорости секвенирования генома, и задача определения функции теперь считается этапом, ограничивающим скорость в детальном понимании биологических систем. [8]
Интегрированная стратегия функционального назначения
[ редактировать ]EFI разрабатывает интегрированную стратегию функционального назначения, основанную на структуре последовательностей, путем прогнозирования субстратной специфичности неизвестных членов механистически разнообразных суперсемейств ферментов . [9] Этот подход использует консервативные особенности внутри данного суперсемейства, такие как известный химический состав, идентичность функциональных групп активного центра и состав определяющих специфичность остатков, мотивов или структур, для прогнозирования функции, но полагается на междисциплинарный опыт для оптимизации, уточнения и проверки прогнозов. . [10] [11] [12] Разрабатываемая комплексная стратегия последовательности будет в целом применима для расшифровки специфичности лиганда любого функционально неизвестного белка. [9]
Организация
[ редактировать ]Согласно мандату программы NIGMS, консорциумы Glue Grant должны включать в себя основные ресурсы и промежуточные проекты. [3] EFI состоит из шести научных центров, которые предоставляют биоинформатические, структурные, вычислительные знания и опыт управления данными для облегчения функционального прогнозирования ферментов с неизвестной функцией, на которые нацелен EFI. В начале гранта эти прогнозы были проверены в пяти мостовых проектах, представляющих суперсемейства ферментов амидогидролазы, енолазы, GST, HAD и изопреноидсинтазы. В настоящее время остаются три мостовых проекта. [9] Кроме того, в 2014 году был добавлен пилотный проект анаэробной энзимологии для изучения суперсемейства радикальных SAM и суперсемейства глицил-радикальных ферментов.
Научные ядра
[ редактировать ]Ядро биоинформатики способствует биоинформатическому анализу путем сбора и обработки полных наборов данных о последовательностях, создания сетей сходства последовательностей и классификации членов суперсемейства на подгруппы и семейства для последующей передачи и оценки аннотаций в качестве целей для функциональной характеристики.
Белковое ядро разрабатывает стратегии клонирования, экспрессии и очистки белков для ферментов, предназначенных для изучения.
Ядро структуры выполняет компонент структурной биологии для EFI, предоставляя структуры целевых ферментов с высоким разрешением.
Вычислительное ядро выполняет in silico стыковку для создания упорядоченных по рангу списков предсказанных субстратов для целевых ферментов с использованием как экспериментально определенных, так и/или смоделированных по гомологии белковых структур.
Ядро микробиологии исследует in vivo функции с использованием генетических методов и метаболомики в дополнение к функциям in vitro, определенным в рамках мостовых проектов.
Ядро данных и распространения поддерживает общедоступную базу данных экспериментальных данных (EFI-DB). [13] [14]
Соединяющие проекты
[ редактировать ]Суперсемейство енолаз содержит эволюционно родственные ферменты со складкой (β/α)7β-бочонка (TIM-бочонком), которые в первую очередь катализируют эпимеризацию/рацемизацию с помощью металлов или β-элиминирование карбоксилатных субстратов. [15]
Суперсемейство галогенациддегидрогеназ содержит эволюционно родственные ферменты с Россманоидной α/β-складкой со вставленной «кэп» областью, которые в первую очередь катализируют нуклеофильный катализ с помощью металлов, чаще всего приводящий к переносу фосфорильной группы. [16]
Суперсемейство изопреноидсинтазы (I) содержит эволюционно родственные ферменты с преимущественно полностью α-спиральной складкой и в первую очередь катализируют реакции транспренилового переноса с образованием удлиненных или циклизованных изопреновых продуктов. [17]
Проект по объединению анаэробной энзимологии будет изучать радикально-зависимую энзимологию, которая позволяет осуществлять необычные химические превращения через железо-серный кластер, расщепляющий S-аденозилметионин (SAM) и производящий радикальный промежуточный продукт, или, альтернативно, абстрагирование водорода от глицина с образованием глициловый радикал. Суперсемейства, содержащие эти ферменты, в значительной степени не изучены и, следовательно, обладают потенциалом для функциональных открытий. Приобретение линии по производству анаэробного белка в сочетании с установкой анаэробной камеры уровня биобезопасности 2 для культивирования микробов кишечника человека подготовило EFI к исследованию анаэробной энзимологии.
Участвующие следователи
[ редактировать ]В состав EFI входят двенадцать следователей, обладающих опытом в различных дисциплинах. [18]
| Имя | учреждение | Роль |
|---|---|---|
| Герлт, Джон А. | Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн | Директор программы, директор проекта Enolase Bridging Project, содиректор отдела данных и распространения |
| Аллен, Карен Н. | Бостонский университет | Директор проекта HAD Bridging Project |
| Алмо, Стивен С. | Медицинский колледж Альберта Эйнштейна | Директор белкового ядра и структурного ядра |
| Кронан, Джон Э. | Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн | Содиректор Центра микробиологии |
| Джейкобсон, Мэтью П. | Калифорнийский университет, Сан-Франциско | Содиректор вычислительного ядра |
| Минор, Владек | Университет Вирджинии | Содиректор отдела данных и распространения |
| Поултер, К. Дейл | Университет Юты | Директор проекта по соединению изопреноидсинтазы |
| Давай, Андрей | Калифорнийский университет, Сан-Франциско | Содиректор вычислительного ядра |
| Шойчет, Брайан К. | Калифорнийский университет, Сан-Франциско | Содиректор вычислительного ядра |
| Свидлер, Джонатан В. | Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн | Содиректор Центра микробиологии |
| Поллард, Кэтрин С. | Институты Гладстона | Директор пилотного проекта «Просеивающие семьи» |
| Букер, Сквайр Дж. | Государственный университет Пенсильвании | Директор пилотного проекта анаэробной энзимологии |
Результаты
[ редактировать ]Основным результатом EFI является разработка и распространение интегрированной стратегии последовательности/структуры функционального назначения. Теперь EFI предлагает доступ к двум высокопроизводительным инструментам стыковки: веб-инструменту для сравнения белковых последовательностей внутри целых белковых семейств и веб-инструменту для составления инвентаризации контекста генома на основе сети сходства белковых последовательностей. Кроме того, по мере разработки стратегии данные и клоны, созданные EFI, становятся бесплатными через несколько онлайн-ресурсов. [9]
Финансирование
[ редактировать ]EFI был создан в мае 2010 года с финансированием в размере 33,9 млн долларов США на пятилетний период (номер гранта GM093342). [19]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Новый грант NIGMS на клей нацелен на неизвестные ферменты» (пресс-релиз). НИГМС. 20 мая 2010 г. Архивировано из оригинала 27 апреля 2012 г. Проверено 27 апреля 2012 г.
- ^ «Клей Гранты» . НИГМС. Архивировано из оригинала 3 июня 2013 г. Проверено 27 апреля 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б «PAR-07-412: Награды за крупномасштабные совместные проекты (R24/U54)» . НИЗ/НИГМС . Проверено 27 апреля 2012 г.
- ^ «Исследователи получили грант в размере 33,9 миллиона долларов на изучение функций ферментов» (пресс-релиз). Бюро новостей UIUC. 20 мая 2010 г. Проверено 27 апреля 2012 г.
- ^ «Статистика выпуска базы данных белков UniProtKB/TrEMBL» . База данных белков UniProtKB/TrEMBL. Архивировано из оригинала 1 октября 2015 г. Проверено 27 апреля 2012 г.
- ^ Шнос, Александра М.; Браун, Шошана Д.; Додевский, Игорь; Бэббит, Патрисия К. (2009). Валенсия, Альфонсо (ред.). «Ошибка аннотации в общедоступных базах данных: неправильная аннотация молекулярной функции в суперсемействах ферментов» . PLOS Вычислительная биология . 5 (12): е1000605. дои : 10.1371/journal.pcbi.1000605 . ПМЦ 2781113 . ПМИД 20011109 .
- ^ Сагателян, Алан; Краватт, Бенджамин Ф (2005). «Назначение функции белка в постгеномную эпоху». Химическая биология природы . 1 (3): 130–42. дои : 10.1038/nchembio0805-130 . ПМИД 16408016 . S2CID 86672970 .
- ^ Браун, Шошана; Герлт, Джон; Сефферник, Дженнифер; Бэббит, Патрисия (2006). «Золотой стандарт набора механически разнообразных суперсемейств ферментов» . Геномная биология . 7 (1): С8. дои : 10.1186/gb-2006-7-1-r8 . ПМЦ 1431709 . ПМИД 16507141 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Герлт Дж.А., Аллен К.Н., Алмо СК, Армстронг Р.Н., Бэббит ПК, Кронан Дж.Э., Данауэй-Мариано Д., Имкер Х.Дж., Джейкобсон М.П., Минор В., Поултер КД, Раушел Ф.М., Сали А., Шойчет Б.К., Свидлер Й.В. (22 ноября, 2011). «Инициатива по ферментным функциям» . Биохимия . 50 (46): 9950–62. дои : 10.1021/bi201312u . ПМК 3238057 . ПМИД 21999478 .
- ^ Сун, Линг; Кальянараман, Чакрапани; Федоров Александр А; Федорова Елена Владимировна; Гласнер, Маргарет Э; Браун, Шошана; Имкер, Хайди Дж; Бэббит, Патрисия С; Альмо, Стивен С. (2007). «Прогнозирование и определение функций дивергентной рацемазы N-сукциниламинокислоты». Химическая биология природы . 3 (8): 486–91. дои : 10.1038/nchembio.2007.11 . ПМИД 17603539 . S2CID 28679225 .
- ^ Германн, Йоханнес К.; Марти-Арбона, Рикардо; Федоров Александр Александрович; Федорова, Елена; Альмо, Стивен С.; Шойчет, Брайан К.; Раушель, Фрэнк М. (2007). «Прогнозирование активности фермента с неизвестной функцией на основе структуры» . Природа . 448 (7155): 775–779. дои : 10.1038/nature05981 . ПМЦ 2254328 . ПМИД 17603473 .
- ^ Кальянараман, К; Имкер, Х; Федоров А; Федоров Е; Гласнер, М; Бэббит, П; Альмо, С; Герлт, Дж; Джейкобсон, М. (2008). «Открытие ферментативной функции дипептид-эпимеразы на основе моделирования гомологии и виртуального скрининга» . Структура . 16 (11): 1668–77. дои : 10.1016/j.str.2008.08.015 . ПМК 2714228 . ПМИД 19000819 .
- ^ Пегг, Скотт С.-Х.; Браун, Шошана Д.; Оджа, Сунил; Сефферник, Дженнифер; Мэн, Элейн К.; Моррис, Джон Х.; Чанг, Патрисия Дж.; Хуанг, Конрад С.; Феррин, Томас Э. (2006). «Использование связей между структурой и функцией фермента для функционального вывода и планирования экспериментов: база данных о связях структура-функция †». Биохимия . 45 (8): 2545–55. дои : 10.1021/bi052101l . ПМИД 16489747 .
- ^ «Экспериментальная база данных EFI-DB» . Инициатива по ферментным функциям . Проверено 27 апреля 2012 г.
- ^ Герлт, Джон А.; Бэббит, Патрисия К.; Рэймент, Иван (2005). «Дивергентная эволюция суперсемейства енолаз: взаимодействие механизма и специфичности». Архив биохимии и биофизики . 433 (1): 59–70. дои : 10.1016/j.abb.2004.07.034 . ПМИД 15581566 .
- ^ Берроуз, А. Максвелл; Аллен, Карен Н.; Данауэй-Мариано, Дебра; Аравинд, Л. (2006). «Эволюционная геномика суперсемейства HAD: понимание структурных адаптаций и каталитического разнообразия в суперсемействе фосфоэстераз и родственных ферментов». Журнал молекулярной биологии . 361 (5): 1003–34. CiteSeerX 10.1.1.420.9551 . дои : 10.1016/j.jmb.2006.06.049 . ПМИД 16889794 .
- ^ Кристиансон, Дэвид В. (2006). «Структурная биология и химия терпеноидных циклаз». Химические обзоры . 106 (8): 3412–42. дои : 10.1021/cr050286w . ПМИД 16895335 .
- ^ "Люди" . Инициатива по ферментным функциям . Проверено 27 апреля 2012 г.
- ^ «Оценка результатов грантов на клей NIGMS» . НИГМС. Архивировано из оригинала 27 апреля 2012 г. Проверено 27 апреля 2012 г.