Wikipedia

Wikipedia talk:WikiProject Molecular Biology/Computational Biology/13th ISCB Wikipedia competition entries

< Wikipedia talk:WikiProject Molecular Biology‎ | Computational Biology

Protein–Protein Yerleştirmesi (Docking) ve Kullanılan Araçlar

edit

Giriş

Proteinler, biyolojik sistemlerde yaygın olarak bulunan ve enzim aktivitesi, taşıma, depolama ve membran bileşimi gibi çeşitli özel görevleri yerine getiren biyokimyasal bileşiklerdir [1]. Proteinler nadiren tek başına çalışır; bunun yerine diğer kimyasalların ve proteinlerin yoğun ortamında çalışırlar. Metabolik düzenleme, proteaz inhibisyonu, DNA replikasyonu ve transkripsiyonu, hücre yapışması, hormon-reseptör bağlanması, antikorların antijene karşı etkisi, hücreler arası iletişim, sinyal iletimi ve hücrelerdeki gen ifadelerinin düzenlenmesi dahil olmak üzere birçok biyolojik süreç, protein etkileşimlerine bağlıdır [2]. Bu nedenle, çeşitli protein-protein etkileşimlerinin ve etkileşim mekanizmalarının kapsamlı bir şekilde anlaşılması, biyolojik süreçlerin anlaşılması için esastır.


Protein-Protein Etkileşimleri

Protein-protein etkileşimleri bir proteinin yüzeyinde meydana gelir ve moleküllerin esnekliği, şekli ve kimyasal tamamlayıcılığı tarafından kontrol edilen biyofiziksel olaylardır [3]. Protein-protein etkileşimleri, hücresel kontrolün birçok mekanizmasında, protein lokalizasyonu, rekabetçi inhibisyon, allosterik düzenleme, gen düzenlemesi ve sinyal iletimi dahil olmak üzere hayati öneme sahiptir. Protein-protein etkileşimlerinin bozulması, bu fonksiyonlarla ilişkili hastalıklara neden olabilmektedir. Protein-protein etkileşimlerinin doğru ve tutarlı bir şekilde tahmin edilmesi, biyolojik olarak önemli komplekslerin işlevini anlamak için mevcut yapısal bilginin miktarını oldukça artırabilir [4]. Protein komplekslerinin üç boyutlu yapıları, önemli biyolojik yollarda yer alan protein-protein etkileşimlerinin moleküler mekanizmalarına dair paha biçilmez bir içgörü sağlayabilir ve elde edilen bilgilerin kullanılmasına izin vererek protein etkileşimlerini kontrol eden moleküllerin tasarımına olanak tanımaktadır [5].


Protein–Protein Yerleştirmesi (Docking)

Protein-protein komplekslerinin üç boyutlu yapılarını tahmin etme (docking), bunların hücredeki işlevsel mekanizmalarını ve rollerini anlamak için ışık tutabilir. Protein komplekslerinin yapıları, protein arayüzleri hakkında bilgi sağlar ve ilaç tasarımına yardımcı olmaktadır. Protein-protein yerleştirme (docking), protein-protein etkileşimlerini tahmin etme, sinyal yolaklarını anlama ve komplekslerin afinite değerlendirmesinde yardımcı olabilmektedir [6]. İki proteinin yerleştirilmesi (dockingi), proteinlerin uygun dönme ve çevirme pozisyonlamasını gerektirir bu da hızlı Fourier dönüşüm teknikleri (FFT) veya geometrik eşleştirme teknikleriyle etkili bir şekilde çözülebilmektedir. Her iki yöntem de rijit cisim yerleştirmesi (dockingi) olarak adlandırılır [7]. Protein-protein yerleştirmesi yöntemlerinin yaygın bir varsayımı, protein-protein etkileşiminin şekil uygunluğuna dayanarak ve basitleştirilmiş amino asit modellerini kullanarak modellenebileceğidir [8]. Rijit cisim yerleştirmesi programları genellikle bir proteinin sabit bir konumda bulunduğu ve diğerinin hareket ettirildiği bir konumda çalışır böylelikle etkileşen proteinlerin rota-translasyonel alanını keşfeder [9]. Yerleştirme işlemi genellikle iki veya üç adımdan oluşmaktadır [10]. Bunlar: (a) arama aşaması, muhtemel protein-protein komplekslerinin oluşturulmasını içerir (b) örneklem aşaması, ilk aşamadan elde edilen komplekslerin kümeleme ve puanlama işlemlerini içerir ve (c) son aşama, potansiyel çözümlerin (puanlama, filtreleme) rafine edilmesini (isteğe bağlı ve sıralamasını içermektedir.


Protein–Protein Yerleştirme (Docking) Süreç Akışı

Genel olarak protein-protein yerleştirmesi (dockingi), poz üretimi ve puanlama olmak üzere iki adımdan oluşmaktadır.

1-) Poz Üretimi: Bu aşamada yer alan temel adımlar, etkileşen proteinlerin çevrilmesi ve döndürülmesi işlemleridir. Bunlar genellikle kapsamlı veya stokastik bir yöntem kullanılarak yapılır. Kapsamlı arama, sistemli arama olarak da adlandırılan bir algoritmanın yakın doğal yapıları atlamasının eğilimini, ligand ve reseptörün tüm olası dönüşümlerini belirli bir aralıkta düşünerek azaltmaktadır. Bu, farklı bir bakış açısından zaman ve alanı önemli ölçüde artırır ve bu nedenle daha iyi örnekleme yöntemlerine olan talebi artırır. Yöntem, aramanın muhtemelen yakın doğal yapıların bulunmasına yol açabilecek bölgelere sınırlanmasını sağlayacak şekilde değiştirilir. Şekil tamamlayıcılığı ve elektrostatik tamamlayıcılık gibi kısıtlamaların tanıtılması, potansiyel bağlanma bölgelerini bulmaya yardımcı olmaktadır. Stokastik yöntemler, kapasiteleri doğrultusunda yakın doğal yapıların doğru tahminine de yol açabilir ve puanlama aşamasının daha doğru olmasını zorlamaktadır [11].

2-) Puanlama: Genel olarak puanlama, belirli bir etkileşimin farklı olası durumları arasında en düşük enerji durumunu belirlemeyi amaçlar ve bu nedenle yerleştirme (docking) durumunda, ideal olarak protein-protein birlikteliğinin enerjik yönlerini açıklayabilmelidir [12]. Protein–protein yerleştirmesi (dockingi) ile elde edilen örnekleme yapıları havuzundan en iyi doğal benzeri kompleks yapısını seçmek için birçok puanlama fonksiyonu geliştirilmiştir. Genellikle puanlama fonksiyonlarının geliştirilmesinde; kovalent olmayan etkileşimlerden kaynaklanan katkılar, çözünme etkileri, istatistiksel ve temas potansiyelleri, tahmin edilen bağlanma bölgeleri, şekil tamamlayıcılığı, geometri, bilgi temelli yaklaşımlar, fiziksel prensipler ve deneysel metotlar kullanılmaktadır [13]. Protein-protein yerleştirmesi algoritmaları genellikle protein-protein arayüzlerinin geometrik uygunluğuna dayanmaktadır. Bağlanma için temel bölgeler genellikle etkileşen proteinlerde önceden oluşturulmuştur ve bu nedenle bir protein kompleksinin arayüzü, protein yapılarının içsel geometrik bir özelliği olarak düşünülebilir. Bu şekil uygunluğunu yakın doğal çözümleri tanımlamak için popüler bir sıralama kriteri haline getirmiştir [14].

Protein – Protein Docking (Yerleştirme) Araçları
İsim Web Sitesi Referans
ClusPro https://cluspro.org [15]
HADDOCK https://wenmr.science.uu.nl/haddock2.4/ [16]
ZDOCK http://zdock.umassmed.edu [17]
HDOCK http://hdock.phys.hust.edu.cn/ [18]
GRAMM http://hdock.phys.hust.edu.cn/ [19]
HEXServer https://hex.loria.fr/ [20]
ICM Software https://www.molsoft.com/ [21]
PyDock https://life.bsc.es/servlet/pydock/ [22]
RosettaDock https://rosie.graylab.jhu.edu/ [23]
SymmDock https://rosie.graylab.jhu.edu/ [24]
PatchDock https://www.cs.tau.ac.il//~ppdock/PatchDock/ [25]
UNRES-Dock https://unres-server.chem.ug.edu.pl/login/?next=/ [26]
LZerD Web Server https://lzerd.kiharalab.org/about/ [27]
LightDock https://server.lightdock.org/ [28]
UDock2 http://udock.fr/ [29]
MEGADOCK 4.0 https://www.bi.cs.titech.ac.jp/megadock/ [30]
FiberDock https://bioinfo3d.cs.tau.ac.il/FiberDock/php.php [31]
PEPSI-Dock https://team.inria.fr/nano-d/software/PEPSI-Dock/ [32]
FTDOCK http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/docking/ftdock.html [33]
FRODOCK http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/docking/ftdock.html [34]
  1. ^ Clark, M.A., Choi, J.H. and Douglas, M.M. (2018) Biology. 2nd Edition, Rice University, Houston.
  2. ^ Kleanthous, C. (2020). Protein-protein recognition. Oxford University Press: Oxford; New York.
  3. ^ Valdar, W. S. and Thornton, J. M. (2001) Protein-protein interfaces: analysis of amino acid conservation in homodimers. Proteins 42, 108–124.
  4. ^ Gray J. J. (2006). High-resolution protein-protein docking. Current opinion in structural biology, 16(2), 183–193. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2006.03.003
  5. ^ Park, H., Lee, H., & Seok, C. (2015). High-resolution protein-protein docking by global optimization: recent advances and future challenges. Current opinion in structural biology, 35, 24–31. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2015.08.001
  6. ^ Andrusier, N., Mashiach, E., Nussinov, R., & Wolfson, H. J. (2008). Principles of flexible protein-protein docking. Proteins, 73(2), 271–289. https://doi.org/10.1002/prot.22170
  7. ^ Park, H., Lee, H., & Seok, C. (2015). High-resolution protein-protein docking by global optimization: recent advances and future challenges. Current opinion in structural biology, 35, 24–31. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2015.08.001
  8. ^ Kaczor, A. A., Selent, J., & Poso, A. (2013). Structure-based molecular modeling approaches to GPCR oligomerization. Methods in cell biology, 117, 91–104. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-408143-7.00005-0
  9. ^ Kaczor, A. A., Selent, J., Sanz, F., & Pastor, M. (2013). Modeling Complexes of Transmembrane Proteins: Systematic Analysis of Protein-Protein Docking Tools. Molecular informatics, 32(8), 717–733. https://doi.org/10.1002/minf.201200150
  10. ^ Zacharias M. (2010). Accounting for conformational changes during protein-protein docking. Current opinion in structural biology, 20(2), 180–186. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2010.02.001
  11. ^ Sunny, S., & Jayaraj, P. B. (2022). Protein-Protein Docking: Past, Present, and Future. The protein journal, 41(1), 1–26. https://doi.org/10.1007/s10930-021-10031-8
  12. ^ Moal, I. H., & Fernandez-Recio, J. (2012). SKEMPI: A structural kinetic and energetic database of mutant protein interactions and its use in empirical models. Bioinformatics, 28(20), 2600–2607. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts489
  13. ^ Gromiha, M. M., Yugandhar, K., & Jemimah, S. (2017). Protein-protein interactions: scoring schemes and binding affinity. Current opinion in structural biology, 44, 31–38. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2016.10.016
  14. ^ Levy E. D. (2010). A simple definition of structural regions in proteins and its use in analyzing interface evolution. Journal of molecular biology, 403(4), 660–670. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2010.09.028
  15. ^ Kozakov, D., Hall, D. R., Xia, B., Porter, K. A., Padhorny, D., Yueh, C., Beglov, D., & Vajda, S. (2017). The ClusPro web server for protein-protein docking. Nature protocols, 12(2), 255–278. https://doi.org/10.1038/nprot.2016.169
  16. ^ Honorato, R. V., Koukos, P. I., Jiménez-García, B., Tsaregorodtsev, A., Verlato, M., Giachetti, A., Rosato, A., & Bonvin, A. M. J. J. (2021). Structural Biology in the Clouds: The WeNMR-EOSC Ecosystem. Frontiers in molecular biosciences, 8, 729513. https://doi.org/10.3389/fmolb.2021.729513
  17. ^ Pierce, B. G., Wiehe, K., Hwang, H., Kim, B. H., Vreven, T., & Weng, Z. (2014). ZDOCK server: interactive docking prediction of protein-protein complexes and symmetric multimers. Bioinformatics (Oxford, England), 30(12), 1771–1773. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu097
  18. ^ Yan, Y., Tao, H., He, J., & Huang, S. Y. (2020). The HDOCK server for integrated protein-protein docking. Nature protocols, 15(5), 1829–1852. https://doi.org/10.1038/s41596-020-0312-x
  19. ^ Tovchigrechko, A., & Vakser, I. A. (2006). GRAMM-X public web server for protein-protein docking. Nucleic acids research, 34(Web Server issue), W310–W314. https://doi.org/10.1093/nar/gkl206
  20. ^ Macindoe, G., Mavridis, L., Venkatraman, V., Devignes, M. D., & Ritchie, D. W. (2010). HexServer: an FFT-based protein docking server powered by graphics processors. Nucleic acids research, 38(Web Server issue), W445–W449. https://doi.org/10.1093/nar/gkq311
  21. ^ Fernández-Recio, J., Totrov, M., & Abagyan, R. (2002). Soft protein-protein docking in internal coordinates. Protein science : a publication of the Protein Society, 11(2), 280–291. https://doi.org/10.1110/ps.19202
  22. ^ Cheng, T. M., Blundell, T. L., & Fernandez-Recio, J. (2007). pyDock: electrostatics and desolvation for effective scoring of rigid-body protein-protein docking. Proteins, 68(2), 503–515. https://doi.org/10.1002/prot.21419
  23. ^ Lyskov, S., & Gray, J. J. (2008). The RosettaDock server for local protein-protein docking. Nucleic acids research, 36(Web Server issue), W233–W238. https://doi.org/10.1093/nar/gkn216
  24. ^ Schneidman-Duhovny, D., Inbar, Y., Nussinov, R., & Wolfson, H. J. (2005). PatchDock and SymmDock: servers for rigid and symmetric docking. Nucleic acids research, 33(Web Server issue), W363–W367. https://doi.org/10.1093/nar/gki481
  25. ^ Duhovny, D., Nussinov, R., & Wolfson, H. J. (2002). Efficient unbound docking of rigid molecules. In R. Guigo, & D. Gusfield (Eds.), Algorithms in Bioinformatics - 2nd International Workshop,WABI 2002, Proceedings (pp. 185-200). (Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics); Vol. 2452). Springer Verlag. https://doi.org/10.1007/3-540-45784-4_14
  26. ^ Krupa, P., Karczyńska, A. S., Mozolewska, M. A., Liwo, A., & Czaplewski, C. (2021). UNRES-Dock-protein-protein and peptide-protein docking by coarse-grained replica-exchange MD simulations. Bioinformatics (Oxford, England), 37(11), 1613–1615. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btaa897
  27. ^ Christoffer, C., Chen, S., Bharadwaj, V., Aderinwale, T., Kumar, V., Hormati, M., & Kihara, D. (2021). LZerD webserver for pairwise and multiple protein-protein docking. Nucleic acids research, 49(W1), W359–W365. https://doi.org/10.1093/nar/gkab336
  28. ^ Jiménez-García, B., Roel-Touris, J., & Barradas-Bautista, D. (2023). The LightDock Server: Artificial Intelligence-powered modeling of macromolecular interactions. Nucleic acids research, 51(W1), W298–W304. https://doi.org/10.1093/nar/gkad327
  29. ^ Cyprien Plateau-Holleville, Simon Guionnière, Benjamin Boyer, Brian Jiménez-Garcia, Guillaume Levieux, Stéphane Mérillou, Maxime Maria, Matthieu Montes, UDock2: interactive real-time multi-body protein-protein docking software, Bioinformatics, Volume 39, Issue 10, October 2023, btad609, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btad609
  30. ^ Ohue, M., Shimoda, T., Suzuki, S., Matsuzaki, Y., Ishida, T., & Akiyama, Y. (2014). MEGADOCK 4.0: an ultra-high-performance protein-protein docking software for heterogeneous supercomputers. Bioinformatics (Oxford, England), 30(22), 3281–3283. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btu532
  31. ^ Mashiach, E., Nussinov, R., & Wolfson, H. J. (2010). FiberDock: Flexible induced-fit backbone refinement in molecular docking. Proteins, 78(6), 1503–1519. https://doi.org/10.1002/prot.22668
  32. ^ Neveu, E., Ritchie, D. W., Popov, P., & Grudinin, S. (2016). PEPSI-Dock: a detailed data-driven protein-protein interaction potential accelerated by polar Fourier correlation. Bioinformatics (Oxford, England), 32(17), i693–i701. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btw443
  33. ^ Gabb, H. A., Jackson, R. M., & Sternberg, M. J. (1997). Modelling protein docking using shape complementarity, electrostatics and biochemical information. Journal of molecular biology, 272(1), 106–120. https://doi.org/10.1006/jmbi.1997.1203
  34. ^ Ramírez-Aportela, E., López-Blanco, J. R., & Chacón, P. (2016). FRODOCK 2.0: fast protein-protein docking server. Bioinformatics (Oxford, England), 32(15), 2386–2388. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btw141
Add topic
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Wikipedia_talk:WikiProject_Molecular_Biology/Computational_Biology/13th_ISCB_Wikipedia_competition_entries&oldid=1221942800"