Инициатива по структуре белка
Инициатива по структуре белка (PSI) — это проект в США, целью которого было ускорить открытия в области структурной геномики и внести вклад в понимание биологических функций. [1] Его цель , финансируемая Национальным институтом общих медицинских наук США (NIGMS) в период с 2000 по 2015 год, заключалась в сокращении затрат и времени, необходимых для определения трехмерных белковых структур, а также в разработке методов решения сложных проблем структурной биологии, включая мембранные белки. . Более дюжины исследовательских центров получили поддержку от PSI в работе по созданию и поддержанию высокопроизводительных конвейеров структурной геномики, разработке методов вычислительного прогнозирования структуры белков , организации и распространению информации, генерируемой PSI, а также применению высокопроизводительного определения структуры для изучения широкий круг важных биологических и биомедицинских проблем.
Проект разделен на три отдельных этапа. Первый этап Инициативы по структуре белка (PSI-1) длился с 2000 по 2005 год и был посвящен демонстрации возможности высокопроизводительного определения структуры, решению уникальных белковых структур и подготовке к последующей фазе производства. [2] Второй этап, PSI-2, был сосредоточен на внедрении высокопроизводительных методов определения структуры, разработанных в PSI-1, а также на моделировании гомологии и устранении узких мест, таких как моделирование мембранных белков . [3] Третий этап, PSI: Biology, начался в 2010 году и состоял из сетей исследователей, применяющих высокопроизводительное определение структуры для изучения широкого спектра биологических и биомедицинских проблем. [4] Программа PSI завершилась 01.07.2015, [5] даже несмотря на то, что некоторые центры PSI продолжают определять структуру при поддержке других механизмов финансирования.
Этап 1
[ редактировать ]Первая фаза Инициативы по структуре белка (PSI-1) длилась с июня 2000 г. по сентябрь 2005 г., ее бюджет составлял 270 миллионов долларов, финансируемый в основном NIGMS при поддержке Национального института аллергии и инфекционных заболеваний . [2] В рамках PSI-1 были созданы девять пилотных центров, занимающихся исследованиями структурной геномики ряда организмов, включая Arabidopsis thaliana , Caenorhabditis elegans и Mycobacterium Tuberculosis . [2] За этот пятилетний период было определено более 1100 белковых структур, более 700 из которых были классифицированы как «уникальные» из-за их сходства последовательностей <30% с другими известными белковыми структурами. [2]
Основная цель PSI-1 — разработать методы оптимизации процесса определения структуры — привела к множеству технических достижений. Несколько методов, разработанных во время PSI-1, увеличили белков в экспрессию рекомбинантных таких системах, как Escherichia coli , Pichia Pastoris и клеточных линиях насекомых. Также были представлены новые оптимизированные подходы к клонированию клеток , экспрессии и очистке белков , в которых робототехника и программные платформы были интегрированы в конвейер производства белка, чтобы минимизировать требуемую рабочую силу, увеличить скорость и снизить затраты. [6]
Этап 2
[ редактировать ]Вторая фаза Инициативы по структуре белка (PSI-2) длилась с июля 2005 г. по июнь 2010 г. Ее целью было использование методов, представленных в PSI-1, для определения большого количества белков и продолжение разработки по оптимизации конвейера структурной геномики. Пятилетний бюджет PSI-2 составлял 325 миллионов долларов, предоставленный NIGMS при поддержке Национального центра исследовательских ресурсов . К концу этого этапа Инициатива по структуре белка решила более 4800 белковых структур; более 4100 из них были уникальными. [7]
Во время PSI-2 количество спонсируемых исследовательских центров выросло до 14. Четыре центра были выбраны в качестве крупномасштабных центров с мандатом направить 15% усилий на цели, номинированные более широким исследовательским сообществом, 15% на цели, имеющие биомедицинское значение, и 70% на широкий структурный охват; этими центрами были Объединенный центр структурной геномики (JCSG), Центр структурной геномики Среднего Запада (MCSG), Северо-восточный консорциум структурной геномики (NESG) и Нью-Йоркский исследовательский центр структурной геномики SGX (NYSGXRC). В число новых центров, участвующих в PSI-2, вошли четыре специализированных центра: Центр ускоренных технологий преобразования гена в 3D-структуру (ATCG3D), Центр структурной геномики эукариот (CESG), Центр высокопроизводительной структурной биологии (CHTSB), филиал Центр структур место этого учреждения занял Консорциум структурной геномики патогенных простейших), мембранных белков (CSMP) и Нью-Йоркский консорциум по структуре мембранных белков. (НИКОМПС). Также были добавлены два центра моделирования гомологии , Объединенный центр молекулярного моделирования (JCMM) и Новые методы сравнительного моделирования высокого разрешения (NMHRCM), а также два ресурсных центра: Репозиторий материалов PSI (PSI-MR) и Структурный центр PSI. База знаний по биологии (СБКБ). [8] Консорциум структурной геномики туберкулеза был исключен из списка поддерживаемых исследовательских центров при переходе от PSI-1 к PSI-2. [2]
Первоначально запущенный в феврале 2008 года, SBKB представляет собой бесплатный ресурс, который предоставляет информацию о поиске последовательностей белков и ключевых слов, а также модули, описывающие выбор цели, экспериментальные протоколы, модели структуры, функциональные аннотации, показатели общего прогресса и обновления технологии определения структуры. . Как и PDB , им руководит доктор Хелен М. Берман, и он размещается в Университете Рутгерса .
Репозиторий материалов PSI, созданный в 2006 году в Гарвардском институте протеомики, хранит и отправляет клоны плазмид , созданных PSI . [9] Клоны проверяются по последовательности, аннотируются и хранятся в репозитории плазмид DNASU . [10] в настоящее время находится в Институте биодизайна Университета штата Аризона. По состоянию на сентябрь 2011 года для запроса через DNASU доступно более 50 000 плазмидных клонов и пустых векторов, созданных PSI, в дополнение к более чем 147 000 клонов, полученных из источников, отличных от PSI. Плазмиды распространяются среди исследователей по всему миру. Этот ресурс, который теперь называется PSI:Biology Materials Repository, имеет пятилетний бюджет в размере 5,4 миллиона долларов и находится под руководством доктора Джошуа ЛаБаера. [11] который перешел в Университет штата Аризона в середине 2009 года, взяв с собой PSI: Biology-MR.
Этап 3
[ редактировать ]Третий этап PSI назывался PSI: Biology и был призван отразить акцент на биологической значимости работы. [4] На этом этапе высокоорганизованные сети исследователей применяли новую парадигму высокопроизводительного определения структуры, которая была успешно разработана на ранних этапах PSI, для изучения широкого спектра важных биологических и биомедицинских проблем. В сеть входили центры высокопроизводительного определения структуры, центры определения структуры мембранных белков, консорциумы партнерств по высокопроизводительной структурной биологии, SBKB и PSI-MR. В сентябре 2013 года НИЗ объявил, что PSI не будет продлеваться после завершения третьего этапа в 2015 году.
Влияние
[ редактировать ]
По состоянию на январь 2006 года около двух третей мировых результатов структурной геномики (СГ) приходилось на центры PSI. [12] Из этих вкладов PSI более 20% представляли новые семьи Pfam , по сравнению со средним показателем в 5%. [12] Семейства Pfam представляют собой структурно различные группы белков, как было предсказано на основе секвенирования геномов. Отсутствие нацеливания на гомологи известной структуры было достигнуто с помощью инструментов сравнения последовательностей, таких как BLAST и PSI-BLAST . [12] Подобно разнице в новизне, определяемой открытием новых семейств Pfam, PSI также обнаружил больше SCOP складок и суперсемейств , чем усилия, не относящиеся к SG. В 2006 году 16% структур, решенных с помощью PSI, представляли собой новые складки и суперсемейства SCOP, в то время как средний показатель без SG составлял 4%. [12] Решение таких новых структур отражает увеличение охвата пространства складок белка, что является одной из основных целей PSI. [1] Определение структуры нового белка позволяет с помощью моделирования гомологии более точно предсказать складку других белков того же структурного семейства.
Хотя большинству структур, решенных четырьмя крупными центрами PSI, не хватает функциональной аннотации, многие из оставшихся центров PSI определяют структуры белков с известной биологической функцией. Например, Консорциум структурной геномики туберкулеза сосредоточил свое внимание исключительно на функционально охарактеризованных белках. За время работы в PSI-1 он депонировал структуры более 70 уникальных белков Mycobacterium Tuberculosis , что составило более 35% от общего числа уникальных структур M. Tuberculosis, раскрытых до 2007 года. [13] Следуя своей биомедицинской теме увеличения охвата фосфотомов, NYSGXRC определил структуры примерно 10% всех фосфатаз человека . [14]
Консорциумы PSI предоставили подавляющее большинство целей для Критической оценки методов прогнозирования структуры белка (CASP), проводимого два раза в год эксперимента с участием всего сообщества для определения состояния и прогресса в прогнозировании структуры белка . [15] [16] [17]
Основная цель на этапе PSI: Biology — использовать высокопроизводительные методы, разработанные в течение первого десятилетия инициативы, для создания белковых структур для функциональных исследований, расширяя биомедицинское воздействие PSI. Ожидается также, что это расширит знания и понимание мембранных белков. [ нужна ссылка ]
Критика
[ редактировать ]PSI подвергся заметной критике со стороны сообщества структурной биологии . Среди этих обвинений - то, что основной продукт PSI - файлы PDB координат атомов белков, определенные с помощью рентгеновской кристаллографии или ЯМР-спектроскопии, - недостаточно полезны для биологов, чтобы оправдать стоимость проекта в 764 миллиона долларов. [18] [19] Критики отмечают, что деньги, которые сейчас тратятся на PSI, в противном случае могли бы быть направлены на то, что они считают более достойным:
60 миллионов долларов в год государственных денег, которые тратятся – я бы сказал, тратятся впустую – на PSI, достаточны для финансирования примерно 100–200 исследовательских грантов, инициированных отдельными исследователями. Эти основанные на гипотезах предложения являются источником жизненной силы научного предприятия, и, как я недавно обсуждал в других колонках, они высасываются, среди прочего, из-за растущей тенденции финансировать крупные инициативы за их счет. Эти 60 миллионов долларов в год поднимут линию выплат в типичном институте НИЗ примерно на 6 процентилей, чего будет достаточно, чтобы иметь огромное значение для экспертной оценки и для продолжения многих важных научных исследований. [19]
— Григорий Пецко , PhD
На это был опубликован краткий ответ: [20]
В заключение следует иметь в виду, что научные исследования и передовые технологии, которые одновременно стимулируют их и стимулируются ими, постоянно и быстро развиваются. Некоторые критические замечания Пецко конструктивны и должны быть приняты к сведению политиками. Но не следует выплескивать ребенка вместе с водой, а следует адаптировать масштабы и цели PSI к нуждам научного сообщества в целом, во многом в духе SPINE, SGC и других европейских структурной геномики/протеомики. проекты. [21] Если будет принят такой конструктивный подход, мы уверены, что структурные данные, предоставленные PSI и его кузенами, послужат не менее ценным ресурсом, чем последовательности генома.
В октябре 2008 года NIGMS провел встречу, посвященную будущему усилий в области структурной геномики, и пригласил докладчиков из Консультативного комитета PSI, членов Консультативного совета NIGMS и заинтересованных ученых, которые ранее не участвовали в PSI. Также были включены представители других инициатив в области геномики, протеомики и структурной геномики, а также ученые из академических кругов, правительства и промышленности. На основании этой встречи и последующих рекомендаций Консультативного комитета PSI, [22] [23] В январе 2009 года был выпущен концептуальный документ, описывающий, что может повлечь за собой третий этап PSI. Наиболее примечательным был большой упор на партнерство и сотрудничество, чтобы гарантировать, что большая часть исследований PSI сосредоточена на белках, представляющих интерес для более широкого исследовательского сообщества, а также на усилиях по тому, чтобы сделать продукты PSI более доступными для исследовательского сообщества. [24]
Заявки на грант по программе PSI:Biology были поданы до 29 октября 2009 г. См. раздел «Фаза 3» выше.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Инициатива по структуре белка (PSI)
- PSI: Центры и гранты, финансируемые биологией
- База знаний структурной биологии
- PSI:Репозиторий биологических материалов
- Открытая сеть аннотаций белковых структур (TOPSAN) , вики для аннотаций белковых структур, определенных PSI.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Группа оценки PSI. «Отчет Группы по оценке Инициативы по оценке белковой структуры» . Архивировано из оригинала 13 января 2009 года . Проверено 5 декабря 2008 г.
- ^ Jump up to: а б с д и «Информационный бюллетень «Инициатива по структуре белка (пилотный этап)» . Инициатива по структуре белка. Архивировано из оригинала 1 октября 2008 года . Проверено 12 октября 2008 г.
- ^ «Инициатива по структуре белка (этап производства). Информационный бюллетень» . Инициатива по структуре белка. Архивировано из оригинала 27 июня 2011 года . Проверено 12 октября 2008 г.
- ^ Jump up to: а б «Инициатива по структуре белка: биология» . Инициатива по структуре белка. Архивировано из оригинала 27 июня 2011 года . Проверено 12 октября 2008 г.
- ^ «Горько-сладкий праздник кристаллографии» . Природные методы . 11 (6): 593. 01.06.2014. дои : 10.1038/nmeth.2995 . ISSN 1548-7091 . ПМИД 25019143 .
- ^ «2004 Семинар по производству и кристаллизации белков PSI» . Национальный институт общих медицинских наук. 2004. Архивировано из оригинала 12 октября 2008 года . Проверено 14 октября 2008 г.
- ^ «Сводка показателей PSI» . Издательская группа «Природа» . Проверено 14 ноября 2008 г.
- ^ «База знаний структурной биологии Инициативы по структуре белка (SBKB)» . Инициатива по структуре белка, База знаний по структурной биологии (SBKB) . Проверено 12 октября 2008 г.
- ^ «Хранилище материалов PSI» . Гарвардский институт протеомики. Архивировано из оригинала 28 сентября 2009 года . Проверено 16 ноября 2008 г.
- ^ «Хранилище плазмид ДНКСУ в Институте биодизайна Университета штата Аризона» .
- ^ «Инициатива по структуре белка открывает новые ресурсы для научного сообщества» . Национальный институт общих медицинских наук. Архивировано из оригинала 17 мая 2008 года . Проверено 16 ноября 2008 г.
- ^ Jump up to: а б с д Чандония Дж., Бреннер С.Е. (2006). «Влияние структурной геномики: ожидания и результаты» . Наука . 311 (5759): 347–51. Бибкод : 2006Sci...311..347C . дои : 10.1126/science.1121018 . ПМИД 16424331 . S2CID 800902 .
- ^ Бейкер Э.Н. (сентябрь 2007 г.). «Структурная геномика как подход к пониманию биологии туберкулеза». Дж. Структ. Функц. Геномика . 8 (2–3): 57–65. дои : 10.1007/s10969-007-9020-9 . ПМИД 17668294 . S2CID 37538934 .
- ^ «Хронофин» . Издательская группа «Природа». 2008 год . Проверено 5 декабря 2008 г.
- ^ Латтман, Итон Э. (2003). «CASP5. Материалы 5-го совещания по критической оценке методов прогнозирования структуры белка. 1–5 декабря 2002 г., Асиломар, Калифорния, США». Белки . 53 (Приложение 6): 333–595. дои : 10.1002/прот.10580 . ПМИД 14579321 . S2CID 222203549 .
- ^ Центр прогнозирования структуры белка (2006). «CASP7: Целевое представление» . Калифорнийский университет в Дэвисе . Проверено 9 декабря 2008 г.
- ^ Центр прогнозирования структуры белка (2008). «CASP8 в цифрах» . Калифорнийский университет в Дэвисе . Проверено 9 декабря 2008 г.
- ^ Мур, П.Г. (2007). «Давайте отзовем все это: некоторые мысли об инициативе в области структуры белка» . Структура . 15 (11): 1350–1352. дои : 10.1016/j.str.2007.10.006 . ПМИД 17997959 .
- ^ Jump up to: а б Пецко Г.А. (2007). «Идея, время которой ушло» . Геном Биол . 8 (6): 107. doi : 10.1186/gb-2007-8-6-107 . ПМК 2394745 . ПМИД 17608958 .
- ^ Банки, Л., Баумайстер, В., Хайнеманн, У, Шнайдер, Г., Силман, И., Стюарт, Д.И., Суссман, Дж.Л. (2007). «Идея, время которой пришло» . Геном Биол . 8 (11): 408. doi : 10.1186/gb-2007-8-11-408 . ПМК 2258189 . ПМИД 18001498 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Банки, Л., Баумейстер, В., Энфедак, Дж., Хайнеманн, У., Шнайдер, Г., Силман, И., Суссман, Дж.Л. (2007). «Структурная протеомика: от молекулы к системе». Нат. Структура. Мол. Биол . 14 (1): 3–4. дои : 10.1038/nsmb0107-3 . ПМИД 17203065 . S2CID 9224836 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Отчет о встрече будущих инициатив в области структурной геномики» . Национальный институт общих медицинских наук. 30 октября 2008 года. Архивировано из оригинала 4 июня 2009 года . Проверено 5 июня 2009 г.
- ^ Лила Гираш (январь 2009 г.). «Консультативный комитет Инициативы по структуре белка (PSIAC): Рекомендации на будущее PSI» . Национальный институт общих медицинских наук. Архивировано из оригинала 30 января 2009 года . Проверено 5 июня 2009 г.
- ^ «Прояснение концепции: высокопроизводительная структурная биология» . Национальный институт общих медицинских наук. 23 января 2009 года. Архивировано из оригинала 4 июня 2009 года . Проверено 5 июня 2009 г.