Инициатива по ферментной функции - Википедия - Enzyme Function Initiative

Инициатива по ферментной функции (EFI)
Efi-mark.jpg
Формирование2010
ЦельРазработать и распространить надежную стратегию определения функции ферментов
Штаб-квартираУниверситет Иллинойса, Урбана-Шампейн
Главный следователь
Джон А. Герлт, доктор философии
Бюджет
Пятилетний НИГМЫ Клей Грант
Интернет сайтwww.enzymefunction.org

В Инициатива по ферментной функции (EFI) - это крупномасштабный совместный проект, направленный на разработку и распространение надежной стратегии для определения фермент функционировать посредством интегрированного подхода, основанного на последовательности и структуре.[1] Проект финансировался в мае 2010 г. Национальный институт общих медицинских наук в качестве клеевого 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 с помощью геномный секвенирование проектов.[4]

Мотивация

Резкое увеличение технологии секвенирования генома привело к тому, что ряд белковые последовательности депонированные в общедоступные базы данных, чтобы расти по экспоненте.[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 количеству неправильных аннотаций функции ферментов в белковых базах данных.[6] Таким образом, хотя доступная в настоящее время информация представляет собой беспрецедентную возможность понять клеточный метаболизм у самых разных организмов, включая способность идентифицировать молекулы и / или реакции, которые могут улучшить качество жизни человека, потенциал не был полностью реализован.[7] Способность биологического сообщества характеризовать 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

EFI разрабатывает интегрированную стратегию на основе структуры последовательностей для функционального назначения путем прогнозирования особенности субстрата неизвестных членов механистически разнообразных суперсемейства ферментов.[9] Подход использует сохраненные особенности внутри данного суперсемейства, такие как известная химия, идентичность активный сайт функциональные группы и состав определяющих специфичность остатков, мотивов или структур для прогнозирования функции, но опирается на многопрофильный опыт для оптимизации, уточнения и проверки прогнозов.[10][11][12] Разрабатываемая интегрированная стратегия последовательностей обычно применима для расшифровки специфичности лиганда любого функционально неизвестного белка.[9]

Организация

Согласно мандату программы NIGMS, консорциумы Glue Grant должны включать основные ресурсы и промежуточные проекты.[3] EFI состоит из шести научных ядер, которые предоставляют биоинформатические, структурные, вычислительные знания и опыт управления данными, чтобы облегчить функциональные прогнозы для 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

Ядро биоинформатики способствует 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.

Ядро белка развивает клонирование, экспрессию и очистка белка стратегии для ферментов, намеченных для изучения.

Ядро структуры выполняет структурная биология компонент для EFI, обеспечивая структуры целевых ферментов с высоким разрешением.

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

Ядро микробиологии исследует in vivo функции с использованием генетических методов и метаболомика дополнять in vitro функции, определенные мостовыми проектами.

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

Переходные проекты

В надсемейство энолаз содержит эволюционно родственные ферменты с (β / α) 7β ‑ стволом (TIM ‑ баррель), которые в первую очередь катализируют эпимеризацию / рацемизацию с участием металлов или β-элиминирование карбоксилатных субстратов.[15]

В Суперсемейство галоациддегидрогеназ содержит эволюционно родственные ферменты с россманоидной α / β складкой со вставленной «кэп-областью», которые в первую очередь катализируют нуклеофильный катализ с помощью металлов, чаще всего приводящий к переносу фосфорильной группы.[16]

Суперсемейство изопреноидсинтазы (I) содержит эволюционно родственные ферменты с большей частью α-спиральной складкой и в первую очередь катализируют реакции транс-пренильного переноса с образованием удлиненных или циклизованных изопрен товары.[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 изучены и, следовательно, 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

В состав EFI входят двенадцать следователей с опытом работы в различных дисциплинах.[18]

ИмяУчреждениеРоль
Герлт, Джон А.Университет Иллинойса, Урбана-ШампейнПрограммный директор, директор проекта Enolase Bridging, содиректор Data and Dissemination Core
Аллен, Карен Н.Бостонский университетДиректор проекта HAD Bridging
Алмо, Стивен С.Медицинский колледж Альберта ЭйнштейнаДиректор белкового ядра и структурного ядра
Кронан, Джон Э.Университет Иллинойса, Урбана-ШампейнСодиректор микробиологического ядра
Джейкобсон, Мэтью П.Калифорнийский университет в Сан-ФранцискоСо-директор вычислительного ядра
Минор, ВладекУниверситет ВирджинииСо-директор ядра данных и распространения
Поултер, К. ДейлУниверситет ЮтыДиректор проекта по соединению изопреноид-синтазы
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-ШампейнСодиректор микробиологического ядра
Поллард, Кэтрин С.Институты ГладстонаДиректор пилотного проекта «Просеивание семей»
Букер, сквайр Дж.Государственный университет ПенсильванииДиректор пилотного проекта по анаэробной энзимологии

Практические результаты

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

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

Рекомендации

  1. ^ «Новый грант NIGMS« Glue Grant »нацелен на неизвестные ферменты» (Пресс-релиз). НИГМС. 2010-05-20. Архивировано из оригинал на 2012-04-27. Получено 2012-04-27.
  2. ^ «Клей Гранты». НИГМС. Архивировано из оригинал на 2013-06-03. Получено 2012-04-27.
  3. ^ а б «PAR-07-412: Награды за крупномасштабный совместный проект (R24 / U54)». NIH / NIGMS. Получено 2012-04-27.
  4. ^ «Исследователи получили грант в размере 33,9 миллиона долларов на изучение ферментных функций» (Пресс-релиз). Бюро новостей UIUC. 2010-05-20. Получено 2012-04-27.
  5. ^ «Статистика выпуска базы данных белков UniProtKB / TrEMBL». База данных белков UniProtKB / TrEMBL. Архивировано из оригинал на 2015-10-01. Получено 2012-04-27.
  6. ^ Schnoes, Alexandra M .; Brown, Shoshana D .; Додевский, Игорь; Бэббит, Патриция С. (2009). Валенсия, Альфонсо (ред.). "Ошибка аннотации в общедоступных базах данных: неправильное аннотацию молекулярной функции в ферментных суперсемействах". PLOS вычислительная биология. 5 (12): e1000605. Дои:10.1371 / journal.pcbi.1000605. ЧВК  2781113. PMID  20011109.
  7. ^ Сагательян, Алан; Краватт, Бенджамин Ф (2005). «Назначение функции белков в постгеномную эпоху». Природа Химическая Биология. 1 (3): 130–42. Дои: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. Дои:10.1186 / gb-2006-7-1-r8. ЧВК  1431709. PMID  16507141.
  9. ^ а б c d Герлт Дж. А., Аллен К. Н., Альмо СК, Армстронг Р. Н., Бэббит П. К., Кронан Дж. Э., Данауэй-Мариано Д., Имкер Х. Дж., Якобсон М. П., Минор В., Поултер CD, Раушель Ф. М., Сали А., Шойхет Б. 2011). «Инициатива ферментной функции». Биохимия. 50 (46): 9950–62. Дои:10.1021 / bi201312u. ЧВК  3238057. PMID  21999478.
  10. ^ Песня, Линг; Калянараман, 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 для дивергентной рацемазы N-сукциниламинокислоты». Природа Химическая Биология. 3 (8): 486–91. Дои: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). «Прогнозирование активности фермента с неизвестной функцией на основе структуры». Природа. 448 (7155): 775–779. Дои:10.1038 / природа05981. ЧВК  2254328. PMID  17603473.
  12. ^ Кальянараман, К; Imker, H; Федоров А; Федоров, Э; Гласнер, М; Babbitt, P; Almo, S; Герлт, Дж; Якобсон, М. (2008). «Открытие ферментативной функции дипептид-эпимеразы на основе моделирования гомологии и виртуального скрининга». Структура. 16 (11): 1668–77. Дои:10.1016 / j.str.2008.08.015. ЧВК  2714228. PMID  19000819.
  13. ^ Pegg, Scott C.-H .; Brown, Shoshana D .; Оджа, Сунил; Сефферник, Дженнифер; Meng, Elaine C .; Моррис, Джон Х .; Чанг, Патриция Дж .; Хуанг, Конрад С.; Феррин, Томас Э. (2006). «Использование отношений структура-функция фермента для функционального вывода и экспериментального дизайна: база данных связей структура-функция †». Биохимия. 45 (8): 2545–55. Дои:10.1021 / bi052101l. PMID  16489747.
  14. ^ «Экспериментальная база данных EFI-DB». Инициатива по ферментной функции. Получено 2012-04-27.
  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. Дои: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. Дои: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. Дои:10.1021 / cr050286w. PMID  16895335.
  18. ^ "Люди". Инициатива по ферментной функции. Получено 2012-04-27.
  19. ^ «Оценка результатов грантов NIGMS Glue». НИГМС. Архивировано из оригинал на 2012-04-27. Получено 2012-04-27.

внешняя ссылка