Моделирование гомологии
Моделирование гомологии , также известное как сравнительное моделирование белка, относится к построению модели « целевого » белка с атомарным разрешением из его аминокислотной последовательности и экспериментальной трехмерной структуры родственного гомологичного белка (« шаблон »). Моделирование гомологии основано на идентификации одной или нескольких известных белковых структур, которые могут напоминать структуру запрашиваемой последовательности, и на создании выравнивания .который сопоставляет остатки в последовательности запроса с остатками в последовательности шаблона. Было замечено, что структуры белков среди гомологов более консервативны, чем белковые последовательности, но последовательности, идентичность последовательностей которых ниже 20%, могут иметь очень различную структуру. [1]
Эволюционно родственные белки имеют сходные последовательности, а встречающиеся в природе гомологичные белки имеют аналогичную белковую структуру. Было показано, что трехмерная структура белка эволюционно более консервативна, чем можно было бы ожидать, основываясь только на сохранении последовательности. [2]
Выравнивание последовательности и структура шаблона затем используются для создания структурной модели мишени. Поскольку белковые структуры более консервативны , чем последовательности ДНК, и обнаруживаемые уровни сходства последовательностей обычно подразумевают значительное структурное сходство. [3]
Качество модели гомологии зависит от качества выравнивания последовательностей и структуры шаблона. Подход может быть осложнен наличием пробелов выравнивания (обычно называемых вставками), которые указывают на структурную область, присутствующую в мишени, но не в шаблоне, а также структурными пробелами в шаблоне, которые возникают из-за плохого разрешения в экспериментальной процедуре (обычно X -лучевая кристаллография ), используемая для решения структуры. Качество модели снижается с уменьшением идентичности последовательности ; типичная модель имеет среднеквадратичное отклонение ~ 1–2 Å между согласованными атомами C α при 70% идентичности последовательности, но только 2–4 Å.согласие при 25% идентичности последовательности. Однако ошибки значительно выше в петлевых участках, где аминокислотные последовательности целевого и матричного белков могут совершенно различаться.
Области модели, которые были построены без шаблона, обычно методом циклического моделирования , как правило, гораздо менее точны, чем остальная часть модели. Ошибки в упаковке и положении боковых цепей также увеличиваются с уменьшением идентичности, и вариации в этих конфигурациях упаковки были предложены в качестве основной причины плохого качества модели при низкой идентичности. [4] Взятые вместе, эти различные ошибки положения атомов являются значительными и препятствуют использованию моделей гомологии для целей, требующих данных с атомарным разрешением, таких как дизайн лекарств и предсказания белок-белковых взаимодействий ; даже четвертичная структурабелка может быть трудно предсказать из моделей гомологии его субъединицы (субъединиц). Тем не менее, модели гомологии могут быть полезны для получения качественных выводов о биохимии запрашиваемой последовательности, особенно при формулировании гипотез о том, почему определенные остатки сохраняются, что, в свою очередь, может привести к экспериментам для проверки этих гипотез. Например, пространственное расположение консервативных остатков может свидетельствовать о том, консервативен ли конкретный остаток для стабилизации укладки, для участия в связывании какой-либо небольшой молекулы или для содействия ассоциации с другим белком или нуклеиновой кислотой.
