SDPlight – быстрый метод поиска позиций, определяющих специфичность в белковых выравниваниях
Мазин П.В., Калинина О.В.
Поиск методов для предсказания функции и специфичности белка по аминокислотной последовательности или по выравниванию семейства последовательностей становится в последние годы все более актуальной задачей. Часть из таких методов опирается на анализ активного центра белка. В соответствии с современными представлениями активный центр белка составляют остатки двух типов. Одни отвечают за общую функцию белка и консервативны для всего семейства, другие – за специфическое распознавание взаимодействующей молекулы (Specificity Determining Position – SDP) и консервативны для белков с данной специфичностью. Для поиска детерминант специфичности обычно проводится анализ выравнивания исследуемого семейства белков. При этом разбиение на группы белков с одинаковой специфичностью достигается либо автоматически, либо задается вручную пользователем. Во всех случаях ищутся позиции, в которых распределение аминокислот коррелирует с разбиением по группам.
Ранее нашей группой был разработан и реализован метод SDPpred для предсказания детерминант специфичности, использующий взаимную информацию и ручное разбиение по специфичностям (Kalinina et. al, 2004). Этот метод был применен к большому количеству семейств с различной биохимической функцией. Полученные результаты согласуются с экспериментальными и структурными данными, однако для получения устойчивых результатов требуется продолжительное время (для анализа выравнивания длиной 300 а.о. требуется примерно 4 мин).
Нередко разбиение по группам представляется неоднозначным и требуется перебор большого числа возможных разбиений. В настоящей работе мы предлагаем новый метод, SDPlight, позволяющий предсказывать детерминанты специфичности в 2000 раз быстрее, чем SDPpred. Этот метод повторяет SDPpred за исключением самого затратного по времени этапа случайного перемешивания каждой колонки выравнивания. Вместо этого мы ввели ряд приближений при вычислениях, которые делают метод SDPlight менее точным, однако способным проанализировать выравнивание длиной 300 а.о. за 0.1 сек. Мы протестировали SDPlight на модельных последовательностях, а также на семействах мембранных транспортеров MIP и бактериальных факторов транскрипции LacI, и показали, что результаты SDPlight не отличаются существенно от результатов SDPpred и также хорошо согласуются со структурными и экспериментальными данными.
Новый метод будет использоваться для быстрого предварительного предсказания детерминант специфичности при ручном разбиении на группы, для автоматической корректировки детерминант специфичности при добавлении в семейство новых белков, для автоматического разбиения на группы семейства, в котором специфичность известна лишь для небольшого числа последовательностей.
Литература
1. Kalinina O.V, Mironov A.A., Gelfand M.S., Rakhmaninova A.B. (2004) Automated selection of positions determining functional specificity of proteins by comparative analysis of orthologous groups in protein families. ProteinScience, 13: 443-456.
Loading ...