Фира
| Разработчик(и) |
|
|---|---|
| Стабильная версия | 2.0
/ 23 февраля 2011 г |
| Написано в | |
| Доступно в | Английский |
| Тип | биоинформатики Инструмент для прогнозирования структуры белков |
| Лицензия | Creative Commons С указанием авторства-2.0 |
| Веб-сайт | www |
Phyre и Phyre2 ( Protein Homology / Analog Y Recognition Engine ; произносится как «огонь») — это бесплатные веб-сервисы для прогнозирования структуры белков . [1] [2] [3] Phyre — один из самых популярных методов предсказания структуры белка, его цитировали более 1500 раз. [4] Как и другие методы удаленного распознавания гомологии (см. Разделение белков ), он способен регулярно генерировать надежные модели белков, тогда как другие широко используемые методы, такие как PSI-BLAST, не могут. Phyre2 был разработан, чтобы обеспечить удобный интерфейс для пользователей, не имеющих опыта в методах прогнозирования структуры белков. Его развитие финансируется Исследовательским советом по биотехнологиям и биологическим наукам . [5]
Описание
[ редактировать ]Серверы Phyre и Phyre2 предсказывают трехмерную структуру белковой последовательности, используя принципы и методы моделирования гомологии . Поскольку структура белка более консервативна в ходе эволюции, чем его аминокислотная последовательность, интересующую белковую последовательность (мишень) можно смоделировать с достаточной точностью на очень отдаленно родственной последовательности известной структуры (матрица), при условии, что соотношение Между мишенью и матрицей можно различить посредством выравнивания последовательностей . В настоящее время наиболее мощные и точные методы обнаружения и сопоставления отдаленно связанных последовательностей основаны на профилях или скрытых марковских моделях (HMM). Эти профили/HMM отражают склонность к мутациям каждого положения в аминокислотной последовательности на основе наблюдаемых мутаций в родственных последовательностях и могут рассматриваться как «эволюционный отпечаток пальца» конкретного белка.
Обычно компилируются аминокислотные последовательности репрезентативного набора всех известных трехмерных белковых структур, и эти последовательности обрабатываются путем сканирования по большой базе данных последовательностей белков. Результатом является база данных профилей или HMM, по одному для каждой известной трехмерной структуры. Интересующая пользовательская последовательность обрабатывается аналогичным образом для формирования профиля/HMM. Затем этот профиль пользователя сканируется по базе данных профилей с использованием методов выравнивания профиль-профиль или HMM-HMM. Эти выравнивания также могут учитывать закономерности предсказанных или известных элементов вторичной структуры и могут быть оценены с использованием различных статистических моделей. Для получения дополнительной информации см. Прогнозирование структуры белка .
Первый сервер Phyre был выпущен в июне 2005 года и использует алгоритм выравнивания профиля, основанный на оценочной матрице для каждого положения белка . [6] Сервер Phyre2 был публично выпущен в феврале 2011 года в качестве замены исходного сервера Phyre и обеспечивает дополнительную функциональность по сравнению с Phyre, более продвинутый интерфейс, полностью обновленную библиотеку сверток и использует пакет HHpred/HHsearch для обнаружения гомологии среди других улучшений.
Стандартное использование
[ редактировать ]После вставки аминокислотной последовательности белка в форму отправки Phyre или Phyre2 пользователь обычно ждет от 30 минут до нескольких часов (в зависимости от таких факторов, как длина последовательности, количество гомологичных последовательностей, а также частота и длина вставок и делеций) для предсказание для завершения. электронное письмо, содержащее сводную информацию и прогнозируемую структуру в формате PDB, Пользователю отправляется вместе со ссылкой на веб-страницу с результатами. Экран результатов Phyre2 разделен на три основных раздела, описанных ниже.
Прогноз вторичной структуры и нарушений
[ редактировать ]
Последовательность белка, предоставленная пользователем, сначала сканируется в большой базе данных последовательностей с помощью PSI-BLAST . Профиль, сгенерированный PSI-BLAST, затем обрабатывается программой прогнозирования вторичной структуры нейронной сети PsiPred. [7] и предиктор белковых нарушений Дисопред. [8] Прогнозируемое присутствие альфа-спиралей, бета-цепей и неупорядоченных областей показано графически вместе с цветной доверительной полосой.
Анализ домена
[ редактировать ]
Многие белки содержат несколько белковых доменов . Phyre2 предоставляет таблицу совпадений шаблонов с цветовой кодировкой достоверности и указанием области сопоставленной пользовательской последовательности. Это может помочь в определении доменного состава белка.
Подробная информация о шаблоне
[ редактировать ]
Основная таблица результатов в Phyre2 содержит оценки достоверности, изображения и ссылки на трехмерные прогнозируемые модели и информацию, полученную либо из базы данных структурной классификации белков (SCOP) , либо из банка данных белков (PDB) в зависимости от источника обнаруженного шаблона. Для каждого совпадения ссылка приводит пользователя к подробному представлению соответствия пользовательской последовательности и последовательности известной трехмерной структуры.
Вид выравнивания
[ редактировать ]
Подробное представление выравнивания позволяет пользователю проверять отдельные выровненные остатки, совпадения между предсказанными и известными элементами вторичной структуры, а также возможность переключать информацию, касающуюся закономерностей сохранения последовательности и достоверности вторичной структуры. Кроме того, Jmol используется для интерактивного трехмерного просмотра модели белка.
Улучшения в Phyre2
[ редактировать ]Phyre2 использует библиотеку складок, которая обновляется еженедельно по мере решения новых структур. Он использует более современный интерфейс и предлагает дополнительные функции через сервер Phyre. как описано ниже.
Дополнительный функционал
[ редактировать ]Пакетная обработка
[ редактировать ]Функция пакетной обработки позволяет пользователям отправлять более одной последовательности в Phyre2, загружая файл последовательностей в формате FASTA . По умолчанию пользователи имеют ограничение в 100 последовательностей в пакете. Этот лимит можно увеличить, обратившись к администратору. Пакетные задания выполняются в фоновом режиме на свободных вычислительных мощностях по мере их доступности. Таким образом, пакетные задания часто занимают больше времени, чем индивидуально отправленные задания, но это необходимо для справедливого распределения вычислительных ресурсов между всеми пользователями Phyre2.
Резьба один в один
[ редактировать ]Поток один к одному позволяет вам загружать как последовательность, которую вы хотите смоделировать, так и шаблон, на основе которого ее можно смоделировать. Иногда у пользователей есть белковая последовательность, которую они хотят смоделировать на определенном шаблоне по своему выбору. Это может быть, например, недавно решенная структура, которой нет в базе данных Phyre2, или из-за какой-то дополнительной биологической информации, указывающей на то, что выбранный шаблон создаст более точную модель, чем тот(ы), которые автоматически выбираются Phyre2.
Обратный огонь
[ редактировать ]Вместо того, чтобы предсказывать трехмерную структуру белковой последовательности, пользователи часто имеют решенную структуру и хотят определить, существует ли соответствующая структура в интересующем геноме. В Phyre2 загруженную структуру белка можно преобразовать в скрытую модель Маркова, а затем отсканировать с набором геномов (более 20 геномов по состоянию на март 2011 г.). Эта функция называется «BackPhyre», чтобы указать, как Phyre2 используется в обратном порядке.
Фиреаларм
[ редактировать ]Иногда Phyre2 не может обнаружить достоверных совпадений с известными структурами. Однако база данных библиотеки складок увеличивается примерно на 40-100 новых структур каждую неделю. Так что, хотя на этой неделе достойных шаблонов может и не быть, они вполне могут появиться в ближайшие недели. Phyrealarm позволяет пользователям отправлять последовательность белка для автоматического сканирования на предмет новых записей, добавляемых в библиотеку сгибов каждую неделю. Если обнаружено уверенное попадание, пользователь автоматически уведомляется по электронной почте вместе с результатами поиска Phyre2. Пользователи также могут контролировать уровень покрытия совпадений и уверенность в совпадении, необходимую для запуска оповещения по электронной почте.
3DLigandСайт
[ редактировать ]Phyre2 подключен к 3DLigandSite [9] сервер для предсказания сайта связывания белков. 3DLigandSite был одним из самых эффективных серверов для прогнозирования сайта связывания на Критической оценке методов прогнозирования структуры белка (CASP) в ( CASP 8 и CASP 9). Уверенные модели, созданные Phyre2 (достоверность >90%), автоматически отправляются в 3DLigandSite.
Прогнозирование трансмембранной топологии
[ редактировать ]Программа memsat_svm [10] используется для прогнозирования присутствия и топологии любых трансмембранных спиралей, присутствующих в последовательности пользовательского белка.
Многошаблонное моделирование
[ редактировать ]Phyre2 позволяет пользователям выбирать «Интенсивное» моделирование на главном экране отправки. Этот режим:
- Проверяет список совпадений и применяет эвристику для выбора шаблонов, обеспечивающих максимальное покрытие последовательностей и достоверность.
- Создает модели для каждого выбранного шаблона.
- Использует эти модели для предоставления попарных ограничений расстояния, которые вводятся в инструмент ab initio и многошаблонного моделирования Poing. [11]
- Поинг синтезирует пользовательский белок в контексте этих ограничений расстояния, моделируемых пружинами. Области, для которых нет шаблонной информации, моделируются с помощью упрощенной физической модели Поинга.
- Полная модель, созданная Poing, объединяется с исходными шаблонами в качестве входных данных для MODELLER .
Приложения
[ редактировать ]Приложения Phyre и Phyre2 включают прогнозирование структуры белков, прогнозирование функций, прогнозирование доменов, прогнозирование границ доменов, эволюционную классификацию белков, управление сайт-направленным мутагенезом и определение кристаллических структур белков путем молекулярной замены .
Есть два связанных ресурса, которые используют предсказания Phyre для структурного анализа миссенс-вариантов, обычно возникающих в результате однонуклеотидного полиморфизма .
- PhyreRisk — это база данных, которая сопоставляет генетические варианты с экспериментальными и предсказанными Phyre белковыми структурами. На странице белков отображаются экспериментальные и предсказанные структуры. Пользователи могут сопоставлять варианты по генетическим или белковым координатам. [12]
- Missense3D — это инструмент, который предоставляет стереохимический отчет о влиянии миссенс-варианта на структуру белка. Пользователи могут загружать свои собственные варианты и координаты, включая как структуры PDB, так и модели, предсказанные Phyre. [13]
История
[ редактировать ]Phyre и Phyre2 являются преемниками 3D-PSSM. [14] система прогнозирования структуры белка, которая на сегодняшний день упоминается более 1400 раз. [15] 3D-PSSM был спроектирован и разработан Лоуренсом Келли. [16] и Боб МакКаллум [17] в Лаборатории биомолекулярного моделирования [18] в Центре исследования рака Великобритании . Phyre и Phyre2 — это Лоуренс Келли из группы структурной биоинформатики . [19] Имперский колледж Лондона . Компоненты систем Phyre и Phyre2 были разработаны Бенджамином Джефферисом, [20] Алекс Герберт, [21] и Риккардо Беннетт-Ловси. [22] Исследования и разработку обоих серверов курировал Михаэль Штернберг .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лоуренс Келли; Риккардо Беннетт-Ловси; Алекс Герберт; Киран Флеминг. «Phyre: механизм распознавания гомологии/аналогии белков» . Группа структурной биоинформатики, Имперский колледж, Лондон . Проверено 22 апреля 2011 г.
- ^ Лоуренс Келли; Бенджамин Джефферис. «Phyre2: механизм распознавания гомологии/аналогии белков, версия 2.0» . Группа структурной биоинформатики, Имперский колледж, Лондон . Проверено 22 апреля 2011 г.
- ^ Келли, Луизиана; Штернберг, MJE (2009). «Прогнозирование структуры белка в Интернете: пример использования сервера Phyre» (PDF) . Протоколы природы . 4 (3): 363–71. дои : 10.1038/nprot.2009.2 . hdl : 10044/1/18157 . ПМИД 19247286 . S2CID 12497300 .
- ^ Количество результатов, полученных в результате поиска в Google Scholar (поиск в Google Scholar)
- ^ «Справка: О PHYRE2» . Сервер распознавания белковых складок PHYRE .
Работа по разработке веб-сервера Phyre2 поддерживается грантом на инструменты и ресурсы BBSRC.
- ^ Беннетт-Ловси, РМ; Герберт, AD; Штернберг, MJE; Келли, Луизиана (2007). «Исследование крайностей пространства последовательностей/структур с помощью распознавания ансамблевых складок в программе Phyre». Белки: структура, функции и биоинформатика . 70 (3): 611–25. дои : 10.1002/прот.21688 . ПМИД 17876813 . S2CID 23530683 .
- ^ Макгаффин, LJ; Брайсон, К.; Джонс, DT (2000). «Сервер предсказания структуры белка PSIPRED» . Биоинформатика . 16 (4): 404–5. дои : 10.1093/биоинформатика/16.4.404 . ПМИД 10869041 .
- ^ Джонс, DT; Уорд, Джей-Джей (2003). «Прогнозирование неупорядоченных областей в белках на основе матриц оценок по положению». Белки: структура, функции и генетика . 53 : 573–8. дои : 10.1002/прот.10528 . ПМИД 14579348 . S2CID 6081008 .
- ^ Васс, Миннесота; Келли, Луизиана; Штернберг, MJE (2010). 3DLifand « Сайт : Прогнозирование сайтов связывания лигандов с использованием подобных структур» . Исследования нуклеиновых кислот . 38 (проблема с веб-сервером): W469–W473. дои : 10.1093/nar/gkq406 . ПМК 2896164 . ПМИД 20513649 .
- ^ Джонс, DT (2007). «Повышение точности прогнозирования топологии трансмембранных белков с использованием эволюционной информации» . Биоинформатика . 23 (5): 538–44. doi : 10.1093/биоинформатика/btl677 . ПМИД 17237066 .
- ^ Джефферис, БР; Келли, Луизиана; Штернберг, MJE (2010). «Сворачивание белка требует контроля толпы в моделируемой клетке» . Журнал молекулярной биологии . 397 (5): 1329–38. дои : 10.1016/j.jmb.2010.01.074 . ПМК 2891488 . ПМИД 20149797 .
- ^ Офоэгбу, Точукву К.; Дэвид, Алессия; Келли, Лоуренс А.; Мезулис, Стефанс; Ислам, Сухайль А.; Мерсманн, София Ф.; Стрёмих, Леони; Ваксер Илья А.; Хоулстон, Ричард С.; Штернберг, Майкл Дж. Э. (2019). «PhyreRisk: динамическое веб-приложение, объединяющее геномику, протеомику и трехмерные структурные данные для интерпретации генетических вариантов человека» . Журнал молекулярной биологии . 431 (13): 2460–2466. дои : 10.1016/j.jmb.2019.04.043 . ISSN 0022-2836 . ПМК 6597944 . ПМИД 31075275 .
- ^ Иттисопонписан, Сиравит; Ислам, Сухайль А.; Ханна, Тарун; Альхузими, Эман; Дэвид, Алессия; Штернберг, Майкл Дж. Э. (2019). «Могут ли предсказанные трехмерные структуры белка дать надежную информацию о том, связаны ли миссенс-варианты с заболеванием?» . Журнал молекулярной биологии . 431 (11): 2197–2212. дои : 10.1016/j.jmb.2019.04.009 . ISSN 0022-2836 . ПМК 6544567 . ПМИД 30995449 .
- ^ Келли, Луизиана; МакКаллум, Р.М.; Штернберг, MJE (2000). «Расширенная аннотация генома с использованием структурных профилей в программе 3D-PSSM». Журнал молекулярной биологии . 299 (2): 501–522. дои : 10.1006/jmbi.2000.3741 . ПМИД 10860755 .
- ^ Количество результатов, полученных при поиске в Google Scholar. (Поиск в Академии Google)
- ^ Доктор Лоуренс Келли
- ^ Доктор. Боб МакКолл
- ^ «Лаборатория биомолекулярного моделирования» . Архивировано из оригинала 29 сентября 2011 г. Проверено 9 марта 2011 г.
- ^ Группа структурной биоинформатики
- ^ «Доктор Бенджамин Джеффрис» . Архивировано из оригинала 18 апреля 2011 г. Проверено 28 марта 2011 г.
- ^ Доктор Алекс Герберт [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Доктор Риккардо Беннетт-Ловси