タンパク質データバンクのリアルタイム構造検索

Real time structural search of the protein data bank.

• Dmytro Guzenko
• Stephen K Burley
• Jose M Duarte

抄録

タンパク質の構造類似性の検出は、構造バイオインフォマティクスの中心的な課題です。通常、比較はポリペプチド鎖レベルで行われますが、細胞内でのタンパク質の機能形態はオリゴマーであることが多いです。この事実は、最近のタンパク質データバンク(PDB)のオリゴマー構造の増加と相まって、より効率的なオリゴマー集合体のアラインメント/検索のアプローチが必要とされています。従来の方法では、原子レベルの情報を使用していましたが、ポリペプチド鎖内のトポロジカルパーミュテーションやサブユニットの再配列の存在によって複雑になることがありました。これらの課題は、電子密度体積を直接比較することによって克服することができる。しかし、3次元データの総当たり配列は計算量の多い探索問題である。私たちは、電子密度体積の方向付けと類似性の評価を前例のないスピードで行うために、3次元ゼルニケモーメント正規化法を開発しました。この手法を用いた類似性検索では、PDBやユーザー入力から、ターゲットに似たタンパク質/タンパク質集合体をリアルタイムで検索し、その結果のアラインメントと一緒に検索することが可能になる(http://shape.rcsb.org)。

Detection of protein structure similarity is a central challenge in structural bioinformatics. Comparisons are usually performed at the polypeptide chain level, however the functional form of a protein within the cell is often an oligomer. This fact, together with recent growth of oligomeric structures in the Protein Data Bank (PDB), demands more efficient approaches to oligomeric assembly alignment/retrieval. Traditional methods use atom level information, which can be complicated by the presence of topological permutations within a polypeptide chain and/or subunit rearrangements. These challenges can be overcome by comparing electron density volumes directly. But, brute force alignment of 3D data is a compute intensive search problem. We developed a 3D Zernike moment normalization procedure to orient electron density volumes and assess similarity with unprecedented speed. Similarity searching with this approach enables real-time retrieval of proteins/protein assemblies resembling a target, from PDB or user input, together with resulting alignments (http://shape.rcsb.org).