Här presenteras en skalbar, exakt, tillförlitlig och robust proteinfunktionell webbplatsjämförelsealgoritm. Algoritmens nyckelkomponenter består av en reducerad representation av proteinstrukturen och en sekvensordningsoberoende profilprofiljustering (SOIPPA). Vi visar att SOIPPA kan upptäcka avlägsna evolutionära relationer i fall där både en global sekvens och strukturrelation förblir dunkel. Resultat tyder på evolutionära relationer över flera tidigare evolutionära distinkta proteinstruktur superfamiljer. SOIPPA, tillsammans med en ökad täckning av proteinveck utrymme som erbjuds av den strukturella genomics initiativ, kan användas för att ytterligare testa uppfattningen att vik utrymme är kontinuerlig snarare än diskret. funktionell plats struktur T han evolutionära förhållandet mellan proteinsekvenser, proteinstrukturer, och deras associerade funktion(er) förblir ett centralt ämne för molekylärbiologi och ett som resulterar i utvecklingen av många beräkningsmetoder (1-3). En central fråga är: Vad var de tidiga proteinvecken och hur förändrades dessa veck över långa evolutionära tidsskalor (4-7)? Jämförande genomikstudier och strukturella och fylogenetiska analyser (8-10) har visat att en undergrupp av proteiner, som domineras av strukturklassificeringen av proteiner (SCOP) (11), var sannolikt närvarande i den sista universella gemensamma förfadern (12, 13). Samtidigt, växande bevis tyder på att återkommande substrukturer, det vill säga 3D fragment av icke sammanhängande sekvens delas mellan olika veck, kan vara ledtrådar att protein veck utrymme är mer kontinuerlig än diskret (14, 15). Likheten mellan sekvens och struktur för sådana understrukturer korrelerar väl med likheten mellan den funktion som finns mellan de olika veck som innehåller dessa understrukturer (16). Föreställningen att proteinvikningsutrymme är en kontinuum stöds ytterligare av färska studier som visar att proteindomäner kan anta olika topologier genom kombination, byte, radering (4, 17, 18) och cyklisk permutation (19, 20) av subdomäner. På samma sätt kan nya veck uppstå från accretion (21) eller utsmyckning (22) av understrukturer runt en kärna av bevarade sekundära strukturer. Med tanke på dessa fynd om proteinstrukturens dynamiska natur och den möjliga kontinuerliga karaktären av proteinvecket utrymme, är det viktigt att skilja proteiner som delar en gemensam förfader (divergent evolution) från dem som har antagit gemensamma strukturella begränsningar (konvergent utveckling). Vanligtvis, evolutionära samband mellan proteinsekvens, struktur och funktion härleds från respektive jämförelser mellan kända gener och deras produkter. Dessa jämförelser görs på olika nivåer, från genomsekvenser till proteindomäner och motiv till biokemiska vägar. Sådana jämförelser kan missa viktiga relationer eftersom sekvensrelationer kan vara för svaga för att upptäcka, och / eller misslyckas med att identifiera komplexa evolutionära händelser såsom domänbyte och cyklisk permutation. Likaså kan skillnader i global proteinstruktur dölja ett verkligt evolutionärt förhållande som existerar mellan substrukturer. En metod, som innefattar jämförande analys av substrukturer, inklusive funktionella platser mellan proteiner (1, 23-26), har varit framgångsrik i att upptäcka evolutionära relationer mellan olika veck superfamiljer och har mest applicerats på enzymfamiljer. En studie av 31 olika enzym superfamiljer visade att funktionell mångfald under evolutionen uppnås genom lokal sekvensvariation och domänväxling (24). Sådan funktionell mångfald kan också observeras inom en enda SCOP superfamilj. Inom den proteinkinasliknande superfamiljen har det till exempel föreslagits att atypiska kinaser skilde sig tidigt i evolution från proteinkinaser (26). På så sätt bibehålls den övergripande katalytiska mekanismen genom en hög bevarandenivå i samband med ATP-bindningskassetten, vilket bevarar fosforyleringen, men substratbindningsmotivet uppvisar betydande mångfald. När det gäller mekanistiskt olika enzymer, vars medlemmar katalyserar olika övergripande reaktioner men delar en partiell reaktion, har det konstaterats att dessa enzymer använder en liknande aktiv plats för att generera en gemensam intermediär, sedan rikta intermediären till olika produkter på olika aktiva platser (25). Utöver dessa fallstudier har det globala evolutionära förhållandet mellan funktionella platser över det vikbara utrymmet inte studerats systematiskt och förblir svårfångat. Global funktionell webbplatsjämförelse har förhindrats av bristen på effektiva och korrekta beräkningsverktyg för att göra en sådan storskalig jämförelse och brist på rigorös statistik för att testa deras likhet. Det arbete som beskrivs här är ett steg mot exakt och effektiv funktionell platsjämförelse och analys och tillämpas därefter för att söka efter nya evolutionära relationer. Även om konceptet funktionell webbplats matchning inte är nytt, och en mängd olika tillvägagångssätt har försökt (27-47), har det inte visat sig vara en lätt uppgift att utforma och genomföra en praktisk programvarulösning med prestanda som ligger nära den för rutinsekvensjämförelse. Dessa platsjämförelsealgoritmer består vanligtvis av tre inbördes relaterade komponenter; representationen av den funktionella platsen, en algoritm för att lägga till två platser och en metod för att poängsätta deras likhet. Den funktionella platsen representeras vanligen antingen av en koordinatuppsättning med vissa fysikaliskkemiska eller evolutionära egenskaper, eller av 3D formdeskriptorer som definierar fickor inom proteinet (44). Koordinatuppsättningen kan bestå av atomer (28) Vi använder denna algoritm här för att bekräfta eller föreslå hittills osynliga evolutionära relationer och notera att en studie i större skala pågår. Den föreslagna algoritmen skiljer sig från tidigare algoritmer i flera avseenden. Först, vår algoritm söker efter liknande funktionella webbplatser genom att skanna hela proteiner i andan av lokala sekvensanpassningar, dvs, det är inte nödvändigt att predefiniera funktionella webbplatser under sökningen. För det andra, de flesta tillgängliga algoritmer poäng likheter mellan hela funktionella platser. De fullständiga ATP- och NAD-bindningsställena kan dock se olika ut totalt sett, men de kan ha en liknande underficka för att binda kemiskt och konformationsmässigt liknande fragment, adenin i detta fall. Denna subsite likhet skulle missas av de flesta aktuella algoritmer. Vår algoritm är utformad för att upptäcka liknande subsites över hela vikutrymme. För det tredje föreslog vi en sekvens ordning oberoende profil profil anpassning (SOIPPA) algoritm, som är mer allmän och känslig än andra (29, 38, 48), eftersom sekvens ordningen av aminosyrarester i den funktionella platsen inte nödvändigtvis bevaras. För det fjärde, i syfte att tillämpa vårt förhållningssätt till homologimodeller och strukturer med låg upplösning, var algoritmen avsiktligt utformad och testad med en C och endast representation av proteinstrukturen. Slutligen utvärderas likhetens statistiska signifikans med hjälp av en icke-parametrisk statistisk metod baserad på en hopfälld fördelningsmodell. Algoritmen utvärderas på en referensuppsättning och en kontrollgrupp som inkluderar 247 och 101 icke-redundanta proteinkedjor av olika veck med respektive utan adeninbindningsfickor. Våra resultat visar att SOIPPA lämpar sig för användning i stor skala. Till exempel har vi i studier som rapporterats någon annanstans framgångsrikt tillämpat SOIPPA för att identifiera icke-mål för läkemedel för vilka det primära läkemedelsreceptorkomplexet finns i Protein Data Bank (PDB). Söka genom att använda den primära platsen information, har vi identifierat off-mål för selektiva östrogenreceptormoduler (49) och har kunnat återanvända en befintlig läkemedel för behandling av läkemedelsresistent tuberkulos (S. Kinnings, L.X., och P.E.B., opublicerade data). I båda fallen finns de primära och sekundära målen i olika genfamiljer. Här fokuserar vi på några exempel som stöder uppfattningen att vik och funktionellt utrymme kan vara kontinuerligt snarare än diskret. Jämförelse av Functional Site Superposition Algoritmer. Två datauppsättningar användes i jämförelsestudien. Den 247-benchmark bestod av 247 icke-redundanta proteinkedjor kända för att binda en adenin innehållande ligand. 101- kontrollen bestod av 101 icke- redundanta proteinkedjor som inte ansågs binda en adenininnehållande del. Från 247-benchmarken genererades 30 381 referenspar, och från 101-kontrollen genererades 24 947 kontrollpar i en allt-för-allt-parvis jämförelse (se Metoder). Alla referens- och kontrollpar användes för att utvärdera prestandan hos algoritmen för sekvensorderoberoende profilanpassning (SOIPPA) [se Metoder och stödjande information (SI) Text]. Vi ytterligare genomfört flera befintliga funktionella webbplats jämförelse algoritmer som använder maximalt kliquer (28, 30, 40) och likhetsåtgärder, med substitution matriser (29, 38), fysikokemiska egenskaper, och aminosyra gruppering (40, 43). Med hjälp av referens- och kontrolldata jämfördes deras prestanda med SOIPPA när det gäller anpassningskvalitet och känslighet/särskildhet vid sökningar på plats. Vi inkluderar också resultat från PSI-BLAST (50) och CE (51) i våra jämförelser för att relatera funktionell webbplats likhet till mer traditionella sekvens och strukturell likhet, respektive. För att mäta anpassningskvaliteten använder vi rotens genomsnittliga kvadratavvikelse (RMSD) mellan ligander som är bundna till de anpassade funktionella platserna. I vår 247-benchmark binder alla proteiner till ligander som innehåller en kemiskt identisk och konformationsmässigt stel adenin plus en kemisk och/eller konformationsvariabel komponent. Även om de fullständiga funktionella platserna kan vara olika till följd av bindning till ligander med olika sammansättningar eller konformationer, kan de dela liknande subsiter som binder till liknande ligandfragment. Vårt syfte är att upptäcka liknande subsiter. Mer specifikt används RMSD mellan vanliga molekylära moieties från olika ligands för att mäta anpassningskvaliteten hos den funktionella platsen jämförelsealgoritmen. SOIPPA ger bästa prestanda jämfört med andra metoder. Som visas i bild. 1, med hjälp av SOIPPA, 6,5 % och 25,9 % av paren är i linje med RMSD-värden på 2,0 respektive 5,0 Å. Förteckningar över dessa par anges i Dataset S1 och Dataset S2. Med hjälp av en BLOSUM45 substitutionsmatris (52) sjunker procentandelen par i linje till 5,3% respektive 22,3%. Med hjälp av en kemisk likhetsbaserad metod (53) är endast 4,2 % och 18,1 % av paren i linje med RMSD-värdena på 2,0 respektive 5,0 Å. Med hjälp av en maximal storlek clique metod baserad på aminosyragruppering (40), är endast 3,1 % och 15,7 % par anpassade till RMSD-värden på 2,0 respektive 5,0 Å. Dessutom är frekvensen av anpassade ligander vid utförande av global strukturlikhet, med CE, betydligt lägre än den som uppnås med SOIPPA. Specifikt, för par av proteiner där RMSD-värdena för justerade ligander är 2,0 och 5,0 Å, är procentandelen av olikartade strukturer (definierad av en CE Z-poäng.3.5)  på 40 % respektive 60 % (Fig. S1 )............................................................................................................... Dessa resultat indikerar att den funktionella platsen är mer strukturellt bevarad än den globala proteinstrukturen. Även om liknande funktionella platser kan uppstå från konvergent utveckling (69), den höga förekomsten bland olikartade strukturer ger möjlighet till mycket betydande divergerande utveckling. Det är värt att notera att SOIPPA använder hela proteinstrukturen vid utförande av ligand webbplats sökning och jämförelse och inte kräver att ligand eller funktionell webbplats vara känd a priori. SOIPPA upptäcker lokal likhet mellan två proteiner genom att anpassa två globala strukturer på ett sätt som är oberoende av sekvensordning, viktigt eftersom sekvensordning inte alltid bevaras (4) (Fig. S2, bild.  S3, bild. S4, och bild. S5 )............................................................................................................ Förutom att identifiera liknande subsiter som binder till vanliga molekylära fragment med stela konformationer från olika ligander, upptäcker SOIPPA också liknande subsiter som binder flexibla molekylära fragment som antar liknande konformationer ( Bild. S3 och Fig. S5 )............................................................................................................ För att utvärdera prestandan hos SOIPPA när det gäller att upptäcka evolutionära relationer, ser vi först om algoritmen kan identifiera känd sekvens och strukturell homolog inom samma SCOP superfamilj. Bland de 247-benchmark par, 5 % av dem (1 230 par) är från samma SCOP superfamilj. Om endast dessa 1 230 par betraktas som sant positiva, bild. 2a illustrerar prestandan hos PSI-BLAST (50), CE (51), och SOIPPA för att upptäcka fjärr homolog som tillhör samma SCOP superfamilj. För ett falskt positivt förhållande på 0,05 är täckningen av PSI-BLAST, CE och SOIPPA 0,55, 0,60 respektive 0,75. Om SCOP superfamiljer tas som guldstandard för att definiera avlägsna evolutionära relationer, illustrerar dessa resultat det välkända faktum att strukturen är mer bevarad än sekvens. Den globala strukturjämförelsen är dock betydligt lägre än för SOIPPA, som tar hänsyn till både utvecklingsprofiler och strukturella begränsningar inom det funktionella området. Följaktligen är det känsligare att upptäcka avlägsna evolutionella relationer än antingen PSI-BLAST eller CE. Frågan blir då, kan SOIPPA upptäcka funktionella likheter som saknas av SCOP, det vill säga relationer över superfamiljer? I 247-benchmark, det finns 15.058 par i linje från olika kända SCOP superfamiljer, och 30% av dem identifieras av SOIPPA med en falsk-positiv kvot på 0,05 (Fig. 2b)........................................................................................................... Bilda. 2b visar också att sekvensen och strukturell likhet av dessa kors-superfamilj par är inte betydande. För att illustrera att känsligheten och specificiteten hos funktionell webbplats jämförelse, med hjälp av SOIPPA, förbättras jämfört med andra metoder, definierar vi alla 30,381 247-benchmark par för att vara sant positiva (Fig. 3)............................................................... Den falskt positiva frekvensen för SOIPPA är 30 % lägre än för en vägd metod med hjälp av en aminosyrasubstitutionsmatris eller kemisk likhet vid ett 15 % sant positivt förhållande. I den låga falskt positiva regionen presterar de viktade metoderna (SOIPPA, substitutionsmatris och kemisk likhet) bättre än icke-viktade aminosyragrupperingsmetoder. Men om höga falska positiva tolereras, aminosyra gruppering presterar bäst. Som utgångsvärde ingår även CE:s resultat i jämförelsen. Det är uppenbart att en global strukturell jämförelsealgoritm, såsom CE, inte kan upptäcka likheten mellan proteiner när de övergripande strukturerna har förändrats. För de 5917 strukturellt besläktade par (-20 % av 247-benchmark-paren) som har samma CATH-topologi är CE:s täckning lägre än SOIPPA vid ett falskt positivt förhållande -0,05 (Fig. S6a)........................................................................................................... Dessutom är frekvensen av väl anpassade ligander från global anpassning av CE också lägre än från SOIPPA (Fig. S7 )........................................................................................................................... För dessa cross-CATH topologi par, är det inte förvånande att täckningen av CE minskas till 10%. Men täckningen av SOIPPA är bara något lägre än täckningen för samma CATH-topologipar (Fig. S6b).............................................................................................. Dessa resultat tyder på att SOIPPA inte är känsligt för övergripande strukturella förändringar, vilket innebär att lokala funktionella platser är mer bevarade än global sekvens eller struktur. Detta leder oss sedan till frågan: Kan evolutionära relationer upptäckas som inte definieras av SCOP? Evolutionär länk över vik och funktionellt utrymme. Med hjälp av SOIPPA för att skanna en icke-redundant uppsättning proteinstrukturer från den kompletta PDB (7 644 kedjor inklusive både apo och holo strukturer) mot flera funktionella platser, har vi upptäckt statistiskt signifikanta likheter mellan hopfällda familjer vars globala strukturer är mycket olika men vars lokala funktionella platser verkar invarianta över evolutionära tidsskalor. På grund av brist på strukturella och/eller funktionella kommentarer på hela uppsättningen av strukturer, kan de sanna och falska positiva inte definieras konventionellt. Den falskt positiva predikeringen kan dock approximeras med P-värdet från den vecklade distributionspoängen (se SI Text). Ett exempel är det samband som identifierats mellan proteinkinasliknande, SAICAR-syntesas-liknande, och ATP greppar superfamiljer efter att ha skannat de 7.644 proteinerna mot ATP (PDB ID-kod 1ODB, SAICAR-syntas-liknande) och ADP (PDB ID-kod 2HGS, ATP-grasp) bindningsställen. Dessa tre superfamiljer visar betydande bindande plats likheter med varandra (Fig. S8 och Bild. S9 )................................................................................................................. Deras evolutionära förhållande har föreslagits av andra genom manuell analys av struktur (26, 54), även om deras globala strukturella likheter inte kan upptäckas med strukturella jämförelsemetoder. Till exempel CE likheten Z score och RMSD är 2.3 och 5.17 Å mellan PDB struktur 1WBP (proteinkinas-like) respektive 2HGS (ATP-grasp). Med tanke på att sådana avlägsna evolutionära relationer kan etableras automatiskt av SOIPPA med hög statistisk signifikans har vi ett verktyg med potential att upptäcka osynliga evolutionära relationer i hela proteinvecket utrymme. Vi utforskar detta begrepp ytterligare med några specifika resultat. Genom att söka mot de 7,644 proteiner, med hjälp av ATP-bindningsstället för PEP-karboxykinas (PCK) (PDB ID-kod 1AYL), förutom två topprankade PCK strukturer, ett protein annoteras som en P loop nucleotide trifosfat hydrolase (NTH) rankas som den näst mest betydande kors-superfamilj hit (PDB ID-kod 1LS1; P  på 8,4  och 10  på 5 ). Även om det inte finns någon strukturanmärkning för den mest betydande kors-superfamiljen hit (PDB ID-kod 1YRB; P  på 8,4  på 10, 5), dess struktur liknar PDB 1LS1 (CE z score, 4.9; RMSD, 2,99 Å). Andra högt rangordnade träffar med P  och 2.0 är också lika med P-loopen NTH-vecket (tabell S1 och tabell S2). Den funktionella platsen anpassning avslöjas av SOIPPA ytterligare tyder på att dessa två superfamiljer är evolutionärt relaterade även om det inte finns någon observerbar global struktur likhet. Förutom det konserverade Walkermotivet A (55) (GXXXXGKT/S) som är det vanliga stället för bindning av nukleotider i många proteiner, bevaras också flera rester som är viktiga för ATP-bindning och katalytisk aktivitet. Den N-terminala histidinresten (His-232) i PCK kommer i kontakt med ATP-fosfatet och bidrar till antingen aktivering av substratet eller stabilisering av övergångstillståndet (56, 57). H232 av PCK kan läggas över på H248 av NTPase, även om sekvens ordningen är växlad till C-terminus. På samma sätt, rester D268 och D269 i PCK spela roller för att stabilisera en Mg 2 till -Mn 2 till bimetal kluster på den aktiva platsen (56, 58). En evolutionär koppling träd och flera funktionella plats anpassning (Fig. S4 och Fig. S10 ) indikerar att dessa två rester är strikt bevarade i flera andra enzymer som innehåller en P loop NTH-veck. Det är anmärkningsvärt att den övergripande konformationen av ATP-molekylen som är bunden till dessa två klasser av proteiner är olika, med en nästan 180° flip i adeninfragmentet. Men konformationerna av trifosfat svansar är ganska lika (Fig. S5).............................................................................. Vår predikering baserad på endast en subsite likhet överensstämmer med tidigare spekulation baserad på detaljerad strukturanalys (59). Både SCOP (11) och CATH (60) klassificerar dem emellertid på ett annat sätt som saknar ett uppenbart evolutionärt förhållande. Den NAD-bindande Rossmann-vecket är en av de vanligaste proteinvecken och observeras i ett stort antal enzymfamiljer (61) och tros ha utvecklats tidigt (8). Bevis tyder på att betydande strukturella förändringar ackumulerats från den ursprungliga Rossmann-vecket (11, 61). Genom att skanna strukturer mot en NAD-bindande plats (PDB ID-kod 2C5A) upptäckte SOIPPA liknande funktionella platser från olika SCOP superfamiljer som inte har observerats tidigare. Med undantag för nikotinamidadenin dinucleotid (FAD) bindningsställe från FAD / NAD bindningsveck (P  och 5,8  och 10) ), alla andra träffar med en P  på 2,0  och 10  på 3 innehåller Rossmann-vecket, men med mångsidiga domäninsättningar och / eller sekvens permutationer (Tabell 1). Även om deras cofaktor bindningsplatser kan binda olika ligander, delar de bevarade sekvensmotiv (Fig. 4)................................................................. Den strukturella överpositionen av liganderna tyder på att den gemensamma adenindelen från dessa cofaktors är väl anpassad (Fig. S11, figurerna 1 och 2 i bilaga I till förordning (EU) nr 1094/2010 och bilaga II till förordning (EU) nr 1094/2010 ska ersättas med följande: S12, och Bild. S13 )........................................................................................................... Med tanke på att dessa proteiner alla antar samma Rossmann veck topologi, olika evolution skulle tyckas vara det mest sannolika scenariot (62). Bland hits (Tabell 1), strukturer med SIS och glyceratkinas I domäner har inte cokristallized ligands. Deras riktade rester är båda belägna i djupa fickor, vilket tyder på att de är potentiella ligand bindningsställen (Fig. S14)................................................................. Dessutom tyder deras funktioner på att de kan binda till nukleotider. Till exempel katalyserar glyceratkinas fosforylering av (R)-glycerat till 3-fosfo-(R)-glycerat i närvaro av ATP (63). Funktionella platser som en länk för att spåra distanta evolutionära relationer över vik utrymme. Det har konstaterats att konvergent utveckling för att uppnå liknande enzym aktiva platser är en vanlig händelse (64). I vissa fall kan man dock inte diskontera den divergerande utveckling som endast bibehåller en ligandbindningsplats med tanke på att andelen liknande ligandbindande motiv är hög bland olikartade strukturer. Till skillnad från enzym aktiva platser som normalt endast omfattar tre eller mindre rumsligt distinkta och icke sammanhängande rester, innehåller många av de liknande ligandbindande motiven som finns här ett antal bevarade på varandra följande rester. Vi antar att det är effektivare för naturen att återanvända sådana lokala funktioner för att binda samma eller liknande molekylära del, men att ändra andra strukturella komponenter för att uppnå olika funktioner än att återuppfinna hela strukturen från grunden. Detta gäller särskilt för adeninbindande veck som studeras här. De finns i hela veck utrymme och har varit baserade bland de mest antika veck av flera studier (12, 13, (65) (66) (67) (68). Det är möjligt att en liten molekyl som innehåller ett adeninfragment var den första ligand som erkändes av ett protein (69). Bruttotopologi av protein kan förändras dramatiskt i fall som redan tillskrivs divergerande utveckling, med hjälp av mekanismer för struktur drift, segment swaping, införandet av ytterligare strukturer, och fusion eller permutation genom dubblering händelser (4, 70, 71). Sådana händelser innebär att sekvensföljden av bevarade motiv kan förändras. Således är det svårt att upptäcka evolutionära relationer mellan olika veck och funktionella familjer med övergripande sekvens eller strukturell likhet, även om flera studier har visat att evolutionära relationer kan etableras inom superfolder, med hjälp av profilprofiljämförelse (72), eller mellan olika veck med liknande kortsekvensmotiv (73). Här utgår vi ifrån att den funktionella platsen bär det evolutionära fingeravtrycket, eftersom det är en av de viktigaste delarna av strukturen som måste bevaras. Faktum är att våra resultat tyder på att funktionella platsrester och deras rumsliga arrangemang bevaras även när den globala strukturen har förändrats. Som sådan, den funktionella platsen kan användas som en gemensam länk från vilken att potentiellt spåra den evolutionära övergången av proteintopologin och upptäcka underliggande genetiska händelser (15) och fysiska regler (17, 74) som styr strukturella förändringar. Ett antal i silico och in vitro evolutionära studier har antytt att sekvensen eller profil likheten mellan proteiner är en stark indikation på divergerande evolution (5, 6, 72, 73, (75) (76) (77) (78). Dessutom är det nödvändigt att fastställa strukturella förhållanden som bygger på ett strikt statistiskt test (79). Genom att kombinera känslig profilprofiljustering, strukturella begränsningar oberoende av sekvensföljdsordningen, och en rigorös statistiktest, är det möjligt för oss att föreslå olika evolutionära relationer över vikrymden. Våra resultat stämmer överens med befintliga observationer, nämligen att konvergent utveckling av domänarkitekturer är sällsynt (62). Hittills har dock endast en liten andel av sådana skiljaktiga strukturella förhållanden identifierats över det dubbla utrymmet. Utöver nya metoder, strukturell genomik, eftersom den strävar efter att fylla i luckor i täckningen av proteinveck utrymme (80), kommer också att ge nya ledtrådar till utvecklingen och kontinuiteten i detta utrymme. En ny algoritm introduceras för funktionell platsjämförelse som baseras på en reducerad proteinstruktur representation och en sekvensordning oberoende profilprofil anpassning. Med hjälp av en väldefinierad adeninbindande ficka från olika veck som riktmärke har det visat sig att den föreslagna algoritmen överträffar både icke-viktade och sekvensvägda metoder. Även om det fortfarande finns utrymme för betydande förbättringar i det nuvarande genomförandet, ger det en ram för att utveckla en robust, tillförlitlig, exakt och skalbar algoritm för jämförelse av funktionella platser. Vi visar att algoritmen har förmågan att upptäcka nya evolutionära relationer över befintliga nuvarande diskreta beskrivningar av veck och funktionellt utrymme som öppnar dörren för att spåra veck förändringar under evolutionen. Riktmärke och kontrolldata. Från forskningssamverkan för strukturbioinformatikproteindatabank (81) valdes 247 proteinmonomerkedjor som är bundna till följande ligander, ATP, ADP, NAD, FAD, Sadenosylmetionin (SAM) och SAH för att användas som riktmärke (247-benchmark). Alla dessa ligander inkluderar adenin som ett vanligt molekylärt fragment. Strukturer med flera heteromeriska kedjor beaktades inte. Sekvensen identitet mellan varje par av kedjor var 30%. Dessa kedjor täcker 106 SCOP superfamiljer och 152 enzymklassificeringar (EC). Dessutom hade 81 och 70 kedjor ännu inte tilldelats SCOP- och EC-uppdrag. Som en kontroll, en uppsättning proteiner som inte är bundna till en ligand som innehåller ribos, adenin, flavin och nikotinamid extraherades från PDB. Därefter togs redundanta kedjor bort med hjälp av en 30-procentig sekvens av identitetsavgränsning mot varandra och med 247-benchmarken. Den slutliga kontrollen innehöll 101 proteinkedjor (101-kontroll). Kedjorna från 247-benchmarken var riktade mot varandra på ett parvis sätt för att generera 247 A (247 A 1)/2 A30 381 referenspar. Bland dem, 5 % av paren delade samma SCOP superfamilj. De 247 st. 101 st. 24,847 kontrollparen erhölls genom att rikta 247-benchmark mot 101-kedjorna i 101-kontrollsetet. Sequence Beställ oberoende profilfil Anpassning av funktionella webbplatser. Proteinstrukturer representeras av Delaunay tessellation av C på atomer och karakteriseras med geometriska potentialer som beskrivs helt i ref. - Vad är det för fel på dig? - 82. Varje C-atom tilldelas en sannolikhetsfördelning och position specifik poängmatris av 20 aa. Den regelbundna tesseleringen av proteinstrukturen kan betraktas som en grafrepresentation i 3D-utrymme. Proteinet skannas och anpassas till den funktionella platsen genom att hitta den maximala vikten gemensamma subgrafen mellan två kodade proteingrafer (83). Fullständiga uppgifter om algoritmen finns i SI-texten. Resultatutvärdering. Anpassningen kvalitet mellan funktionella platser av två proteinstrukturer utvärderas av RMSD mellan de gemensamma molekylära moieties som är associerade med liganderna. Dessutom utvärderas sökprestationen av en sann och falskt positiv hastighet definierad enligt följande: Sann positiv/(sann positiva/(sanna positiva) falska negativa, Falskt positiv/(falska positiva/(falska positiva)). Vi tackar uppriktigt de anonyma recensenterna och redaktören för deras konstruktiva förslag när det gäller att förbättra manuskriptet.
SOIP-PA representerar funktionella platser genom att använda en delaunay tesselation av C -atomer REF.
Detecting evolutionary relationships across existing fold space, using sequence order-independent profile-profile alignments
{'venue': 'Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America', 'journal': 'Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America', 'mag_field_of_study': ['Biology', 'Medicine']}