Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Инициатива по ферментной функции (EFI)
Efi-mark.jpg
Формирование2010 г.
ЦельРазработать и распространить надежную стратегию определения функции ферментов
Главное управлениеУниверситет Иллинойса, Урбана-Шампейн
Главный следовательДжон А. Герлт, доктор философии.
Бюджет Пятилетний грант на клей NIGMS
Веб-сайтwww.enzymefunction.org

Фермент Функция Инициатива ( EFI ) представляет собой масштабный совместный проект с целью разработать и распространить надежную стратегию для определения ферментативной функции с помощью комплексной последовательности-структура на основе подхода. [1] Проект был профинансирован в мае 2010 года Национальным институтом общих медицинских наук в качестве гранта, который поддерживает исследование сложных биологических проблем, которые не могут быть решены одной исследовательской группой. [2] [3] EFI в значительной степени был вызван необходимостью разработки методов для определения функций огромного количества белков, обнаруженных в рамках проектов геномного секвенирования. [4]

Мотивация [ править ]

Резкое развитие технологии секвенирования генома привело к тому, что количество белковых последовательностей, депонированных в общедоступных базах данных, по-видимому, экспоненциально растет. [5] Чтобы справиться с наплывом последовательностей, базы данных используют вычислительные прогнозы для автоматического аннотирования функций отдельных белков. В то время как эти вычислительные методы предлагают преимущества чрезвычайно высокой производительности и, как правило, обеспечивают точную широкую классификацию, исключительное использование привело к значительному искажению функции фермента в белковых базах данных. [6] Таким образом, хотя доступная в настоящее время информация представляет собой беспрецедентную возможность понять клеточный метаболизм широкого спектра организмов, включая способность идентифицировать молекулы и / или реакции, которые могут улучшить качество жизни человека, потенциал еще не реализован в полной мере. [7] Способность биологического сообщества охарактеризовать недавно открытые белки была превзойдена скоростью секвенирования генома, и задача определения функции теперь считается ограничивающим скорость шагом в понимании биологических систем в деталях. [8]

Комплексная стратегия функционального назначения [ править ]

EFI разрабатывает стратегию функционального назначения, основанную на интегрированной структуре последовательностей, путем прогнозирования субстратной специфичности неизвестных членов суперсемейств ферментов, различающихся по механизму . [9] Подход использует консервативные особенности внутри данного суперсемейства, такие как известный химический состав, идентичность функциональных групп активного сайта и состав определяющих специфичность остатков, мотивов или структур для прогнозирования функции, но опирается на многодисциплинарный опыт для оптимизации, уточнения и проверить прогнозы. [10] [11] [12] Разрабатываемая интегрированная стратегия последовательностей обычно применима к расшифровке специфичности лиганда любого функционально неизвестного белка. [9]

Организация [ править ]

Согласно мандату программы NIGMS, консорциумы Glue Grant должны содержать основные ресурсы и промежуточные проекты. [3] EFI состоит из шести научных ядер, которые предоставляют знания в области биоинформатики, структур, вычислений и управления данными для облегчения функционального прогнозирования ферментов с неизвестной функцией, на которые нацелена EFI. В начале гранта эти прогнозы были проверены пятью связующими проектами, представляющими суперсемейства ферментов амидогидролазы, енолазы, GST, HAD и изопреноидсинтазы. Остались три проекта моста. [9] Кроме того, в 2014 году был добавлен пилотный проект по анаэробной энзимологии для изучения суперсемейства Radical SAM и суперсемейства Glycyl Radical Enzyme.

Научные ядра [ править ]

Ядро биоинформатики вносит свой вклад в биоинформатический анализ путем сбора и обработки полных наборов данных о последовательностях, создания сетей сходства последовательностей и классификации членов суперсемейства на подгруппы и семейства для последующей передачи аннотаций и оценки в качестве целей для функциональной характеристики.

Белковое ядро ​​разрабатывает стратегии клонирования, экспрессии и очистки белка для ферментов, намеченных для исследования.

Ядро структуры выполняет компонент структурной биологии для EFI, обеспечивая структуры целевых ферментов с высоким разрешением.

Вычислительное ядро ​​выполняет in silico стыковку для создания упорядоченных списков предсказанных субстратов для целевых ферментов с использованием как экспериментально определенных, так и / или гомологически смоделированных белковых структур.

Ядро микробиологии изучает функции in vivo с использованием генетических методов и метаболомики в дополнение к функциям in vitro, определенным Bridging Projects.

Ядро данных и распространения поддерживает общедоступную базу данных экспериментальных данных (EFI-DB). [13] [14]

Связующие проекты [ править ]

Енолаза надсемейство содержит эволюционно родственные ферменты с (& beta ; / & alpha ; ) 7 & beta; баррелем (ТИМ-бочка) складывают которые в первую очередь катализирует металл при содействии эпимеризации / рацемизация или β-элиминирование карбоксилатный субстратов. [15]

Haloacid дегидрогеназа надсемейства содержит эволюционно родственные ферменты с Rossmanoid α / β раза со вставленным «колпачком» областью , которые в первую очередь катализирует металл при содействии нуклеофильного катализа, наиболее часто приводят к передаче фосфорила группу. [16]

Суперсемейство изопреноидсинтазы (I) содержит эволюционно родственные ферменты с большей частью α-спиральной складкой и в основном катализируют реакции транс-пренильного переноса с образованием удлиненных или циклизованных изопреновых продуктов. [17]

В рамках проекта анаэробной энзимологии будет изучаться радикально-зависимая энзимология, которая позволяет выполнять необычные химические превращения через кластер железа и серы, расщепляющий S-аденозилметионин (SAM) и производящий радикальный промежуточный продукт, или, альтернативно, отщепление водорода от производства глицина. глицильный радикал. Суперсемейства, содержащие эти ферменты, в значительной степени не исследованы и, таким образом, созрели для функциональных открытий. Приобретение трубопровода для производства анаэробного белка в сочетании с установкой анаэробной камеры уровня биобезопасности 2 для культивирования кишечных микробов человека подготовило EFI к проведению анаэробной энзимологии.

Участвующие следователи [ править ]

В EFI входят двенадцать следователей, имеющих опыт работы в различных дисциплинах. [18]

ИмяУчреждениеРоль
Герлт, Джон А.Университет Иллинойса, Урбана-ШампейнПрограммный директор, директор проекта Enolase Bridging Project, содиректор Data and Dissemination Core
Аллен, Карен Н.Бостонский университетДиректор проекта HAD Bridging
Алмо, Стивен С.Медицинский колледж Альберта ЭйнштейнаДиректор по белковому ядру и структурному ядру
Кронан, Джон Э.Университет Иллинойса, Урбана-ШампейнСо-директор ядра микробиологии
Джейкобсон, Мэтью П.Калифорнийский университет в Сан-ФранцискоСо-директор вычислительного ядра
Минор, ВладекУниверситет ВирджинииСо-директор ядра данных и распространения
Поултер, К. ДейлУниверситет ЮтыДиректор проекта изопреноид-синтазного моста
Сали, АндрейКалифорнийский университет в Сан-ФранцискоСо-директор вычислительного ядра
Шойхет, Брайан К.Калифорнийский университет в Сан-ФранцискоСо-директор вычислительного ядра
Свидлер, Джонатан В.Университет Иллинойса, Урбана-ШампейнСо-директор ядра микробиологии
Поллард, Кэтрин С.Институты ГладстонаДиректор пилотного проекта «Просеивание семей»
Букер, сквайр Дж.Государственный университет ПенсильванииДиректор пилотного проекта по анаэробной энзимологии

Результаты [ править ]

Основным результатом EFI является разработка и распространение интегрированной стратегии последовательности / структуры для функционального назначения. EFI теперь предлагает доступ к двум высокопроизводительным инструментам стыковки, веб-инструменту для сравнения последовательностей белков внутри целых семейств белков и веб-инструменту для составления реестра контекста генома на основе сети сходства последовательностей белков. Кроме того, по мере разработки стратегии данные и клоны, созданные EFI, становятся свободно доступными через несколько онлайн-ресурсов. [9]

Финансирование [ править ]

EFI была создана в мае 2010 года с финансированием в размере 33,9 млн долларов США на пятилетний период (номер гранта GM093342). [19]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Новый NIGMS 'Glue Grant' стремится к неизвестным ферментам» (пресс-релиз). НИГМС. 2010-05-20. Архивировано из оригинала на 2012-04-27 . Проверено 27 апреля 2012 .
  2. ^ "Клей Гранты" . НИГМС. Архивировано из оригинала на 2013-06-03 . Проверено 27 апреля 2012 .
  3. ^ a b «PAR-07-412: Награды за крупномасштабный совместный проект (R24 / U54)» . NIH / NIGMS . Проверено 27 апреля 2012 .
  4. ^ «Исследователи присудили грант в размере 33,9 миллиона долларов на изучение ферментных функций» (пресс-релиз). Бюро новостей UIUC. 2010-05-20 . Проверено 27 апреля 2012 .
  5. ^ "Статистика выпуска базы данных белков UniProtKB / TrEMBL" . База данных белков UniProtKB / TrEMBL. Архивировано из оригинала на 2015-10-01 . Проверено 27 апреля 2012 .
  6. ^ Schnoes, Александра М .; Браун, Шошана Д .; Додевский, Игорь; Бэббит, Патриция С. (2009). Валенсия, Альфонсо (ред.). «Ошибка аннотации в общедоступных базах данных: неправильная аннотация молекулярной функции в ферментных суперсемействах» . PLOS Вычислительная биология . 5 (12): e1000605. DOI : 10.1371 / journal.pcbi.1000605 . PMC 2781113 . PMID 20011109 .  
  7. ^ Сагательян, Алан; Краватт, Бенджамин Ф (2005). «Назначение функции белков в постгеномную эпоху». Природа Химическая биология . 1 (3): 130–42. DOI : 10,1038 / nchembio0805-130 . PMID 16408016 . S2CID 86672970 .  
  8. ^ Браун, Шошана; Герлт, Джон; Сефферник, Дженнифер; Бэббит, Патрисия (2006). «Золотой стандартный набор механистически разнообразных суперсемейств ферментов» . Геномная биология . 7 (1): R8. DOI : 10.1186 / GB-2006-7-1-r8 . PMC 1431709 . PMID 16507141 .  
  9. ^ a b c d Герлт Дж. А., Аллен К. Н., Алмо С. К., Армстронг Р. Н., Бэббит ПК, Кронан Дж. Э., Данауэй-Мариано Д., Имкер Х. Дж., Якобсон М. П., Минор В., Полтер CD, Раушель Ф. М., Сали А., Шойхет Б. К., Свидлер СП (22 ноября 2011 г.). «Инициатива ферментной функции» . Биохимия . 50 (46): 9950–62. DOI : 10.1021 / bi201312u . PMC 3238057 . PMID 21999478 .  
  10. ^ Песня, Линг; Кальянараман, Чакрапани; Федоров Александр А; Федоров, Елена В; Гласнер, Маргарет Э; Браун, Шошана; Имкер, Хайди Дж; Бэббит, Патриция С; Алмо, Стивен С (2007). «Прогнозирование и назначение функции дивергентной рацемазы N-сукциниловой аминокислоты». Природа Химическая биология . 3 (8): 486–91. DOI : 10.1038 / nchembio.2007.11 . PMID 17603539 . 
  11. ^ Hermann, Johannes C .; Марти-Арбона, Рикардо; Федоров, Александр А .; Федоров, Елена; Алмо, Стивен С .; Shoichet, Brian K .; Раушель, Фрэнк М. (2007). «Прогноз активности на основе структуры фермента с неизвестной функцией» . Природа . 448 (7155): 775–779. DOI : 10,1038 / природа05981 . PMC 2254328 . PMID 17603473 .  
  12. ^ Kalyanaraman, C; Imker, H; Федоров А; Федоров, Э; Гласнер, М; Бэббит, П; Almo, S; Герлт, Дж; Якобсон, М. (2008). «Открытие ферментативной функции дипептид-эпимеразы, управляемой гомологическим моделированием и виртуальным скринингом» . Структура . 16 (11): 1668–77. DOI : 10.1016 / j.str.2008.08.015 . PMC 2714228 . PMID 19000819 .  
  13. ^ Пегг, Скотт С.-Х .; Браун, Шошана Д.; Оджа, Сунил; Сефферник, Дженнифер; Meng, Elaine C .; Моррис, Джон Х .; Чанг, Патрисия Дж .; Хуанг, Конрад С.; Феррин, Томас Э. (2006). «Использование отношений структура-функция фермента для функционального вывода и экспериментального дизайна: база данных по связям между структурой и функцией †». Биохимия . 45 (8): 2545–55. DOI : 10.1021 / bi052101l . PMID 16489747 . 
  14. ^ "Экспериментальная база данных EFI-DB" . Инициатива по ферментной функции . Проверено 27 апреля 2012 .
  15. ^ Герлт, Джон А .; Бэббит, Патриция С.; Реймент, Иван (2005). «Дивергентная эволюция в суперсемействе энолаз: взаимодействие механизма и специфичности». Архивы биохимии и биофизики . 433 (1): 59–70. DOI : 10.1016 / j.abb.2004.07.034 . PMID 15581566 . 
  16. ^ Берроуз, А. Максвелл; Аллен, Карен Н .; Данауэй-Мариано, Дебра; Аравинд, Л. (2006). «Эволюционная геномика надсемейства HAD: понимание структурных адаптаций и каталитического разнообразия в надсемействе фосфоэстераз и родственных ферментов». Журнал молекулярной биологии . 361 (5): 1003–34. CiteSeerX 10.1.1.420.9551 . DOI : 10.1016 / j.jmb.2006.06.049 . PMID 16889794 .  
  17. ^ Кристиансон, Дэвид В. (2006). «Структурная биология и химия терпеноидных циклазов». Химические обзоры . 106 (8): 3412–42. DOI : 10.1021 / cr050286w . PMID 16895335 . 
  18. ^ "Люди" . Инициатива по ферментной функции . Проверено 27 апреля 2012 .
  19. ^ «Оценка результатов грантов NIGMS» . НИГМС. Архивировано из оригинала на 2012-04-27 . Проверено 27 апреля 2012 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Инициатива по ферментной функции
  • База данных связей между структурой и функцией
  • EFI-DB
  • Консорциумы грантов NIGMS Glue