1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling

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  • Folie 1
  • 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling
  • Folie 2
  • 2 Worum geht es in den nchsten 45 Minuten? Auffinden von Protein- Protein Komplexen aus einer groen Menge potentieller Komplexe z.B. fr -Interaction Networks -funktionelle/rumliche Zuordnung neuer Proteine durch neue Erkenntnisse ber Bindungsstellen Bisher Docking mit bekannten 3D Strukturen zum Auffinden von Komplexen. Nun: Proteinsequenzen Proteinkomplexe
  • Folie 3
  • 3 Sequenz Komplex? Kann man aus der Sequenz eines Proteins genug Informationen ziehen um Bindungsstellen und Komplexe zu finden? Wir werden sehen: ja!
  • Folie 4
  • 4 Verschiedene Methoden, verschiedene Einsatzgebiete In Silicio two Hybrid Korrelierte Mutationen Strukturelle Konservierung
  • Folie 5
  • 5 Erste Methode Korrelierte Mutationen und Bindungsstellen
  • Folie 6
  • 6 Zeigen korrelierte Mutationen Bindungsstellen auf? An Interaktionsstellen muss zwangslufig Koevolution statt finden Sind korrelierte Mutationen eindeutig mit Bindungsstellen verknpft? Methode kann zur Untersttzung des Dockings eingesetzt werden oder zur Voraussage der Bindungsstelle aus der Sequenz
  • Folie 7
  • 7 Methode zum Auffinden korrelierter Mutationen Alignment der Sequenzen wird erstellt Korrelation wird fr jede Position berechnet Die n am besten korrelierten Mutationen werden als Bindungsstellen AS betrachtet Xd Wert: Ma fr den Anteil korrelierter Reste bei kleinem Abstand. Je hher desto besser Pazos, Helmer-Citterich, Ausiello, Valencia, J.Mol.Bio 271(1997)
  • Folie 8
  • 8 Testmenge Die Methode wurde hauptschlich an inter- domain Kontakten getestet Test der Methode an zwei groen Mengen von Docking-Lsungen Zum Zeitpunkt der Untersuchung stand keine ausreichende Menge von Komplexen zur Verfgung Echte Komplex-Tests daher nur an Hmoglobin und Hsc70
  • Folie 9
  • 9 Sind sich korreliert mutierte AS nher? Untersuchung der 21 zweidomnigen Proteine ergab eine klare Tendenz korrelierter Mutationen, sich rumlich nahe zu sein Dies deutet darauf hin, dass korrelierte Mutationen Bindungsstellen aufzeigen knnen Pazos, Helmer-Citterich, Ausiello, Valencia, J.Mol.Bio 271(1997)
  • Folie 10
  • 10 Sind sich korrelierte AS unabhngig von Domnenstellung nahe? Untersuchung an der geffneten (3cln) und geschlossenen(2bbm) Form von Calmodulin Eindeutig grere Nhe der korrelierten AS bei geschlossener Form Ergebnis unterstreicht die Signifikanz von korrelierten AS als Indikator fr Bindungsstellen Pazos, Helmer-Citterich, Ausiello, Valencia, J.Mol.Bio 271(1997)
  • Folie 11
  • 11 Anwendung: Untersttzung des Dockings 7440 mgliche Docking Lsungen wurden fr Proteine 2c2c und 3est generiert Die optimale Lsung hat einen Xd-Wert, der unter den besten 5% liegt Andere Lsungen mit hohem Xd-Wert sind der optimalen Lsung nahe Pazos, Helmer-Citterich, Ausiello, Valencia, J.Mol.Bio 271(1997)
  • Folie 12
  • 12 Gute Resultate mit einem Hetero-Dimer? Bisher nur Tests an Kontakten zwischen Domnen Zum Zeitpunkt der Untersuchung gab es keine ausreichende Datenmenge von PP Komplexen A1-b1 Monomere des Hmoglobin als Testproteine Mehrere Docking- Lsungen werden generiert Der Xd Wert der optimale Lsung liegt in der Menge der 6% grten Xd- Werte Pazos, Helmer-Citterich, Ausiello, Valencia, J.Mol.Bio 271(1997)
  • Folie 13
  • 13 Bindungsstellenvorhersage aus der Sequenz allein? Test am zwei- Domnen-Protein Hsc70 Domne Nt Struktur bekannt, Domne Ct Struktur unbekannt Ergebnisse deuten auf eine eindeutige Docking-Lsung hin, wurden jedoch nicht validiert Pazos, Helmer-Citterich, Ausiello, Valencia, J.Mol.Bio 271(1997)
  • Folie 14
  • 14 Zusammenfassung korrelierte Mutationen Korreliert mutierte Aminosuren deuten auf Bindungsstellen hin Die Auswahl der optimalen Docking- Lsung wird durch die Methode vereinfacht Anwendbarkeit auerhalb dieser Hilfsfunktion nicht hinreichend validiert, Testreihen zu klein
  • Folie 15
  • 15 Nchste Methode In Silicio two Hybrid
  • Folie 16
  • 16 In Silicio Two Hybrid Methode zum Auffinden neuer Proteinkomplexe und ihrer Interaktionsstellen Bentigt werden nur Sequenzen, keine 3D Strukturen
  • Folie 17
  • 17 iS2H: So funktioniert es A: Alignment zweier Protein 1 und 2 mit mindestens 11 homologen Proteinen a,b,c... B: Fr alle Proteine: Konkatenation des Alignments. Danach Berechnung der Korrelation zwischen den Spalten C: Verteilung der Korrelationsstrken innerhalb der Proteinen(P11,P22) und zwischen Proteinen(P12). Eingeteilt in 10 Korrelationsklassen Pazos, Valencia, PROTEINS 47(2002)
  • Folie 18
  • 18 iS2H: Anwendung auf Testmengen Tests an verschiedenen Mengen bekannter Proteinkomplexe lieferten positive Resultate Daher drfte Anwendung auf 67.238 potentielle Paare in E.Coli neue Erkenntnisse bringen
  • Folie 19
  • 19 iS2H gegen 67.238 mgliche E.Coli PP Paare. Ergebnisse: Mgliche Interaktionen des hypothetischen Proteins YABK_ECOLI Interaction Index Scores fr die Suche in 67.238 potentiellen E.Coli Protein Paaren Pazos, Valencia, PROTEINS 47(2002)
  • Folie 20
  • 20 iS2H Zusammenfassung Methode zum Auffinden neuer Proteinkomplexe und deren Bindungsstellen Tests deuten auf gute Anwendbarkeit als Indikator fr Interaktionen hin. Ergebnisse mssen verifiziert werden Ergebnisse komplementr zu Untersuchungen von Genfusionen Methoden ergnzen sich
  • Folie 21
  • 21 Nchste Methode Strukturell konservierte Aminosuren und Bindungsstellen
  • Folie 22
  • 22 Strukturell konservierte AS und Bindungsstellen Betrachte bekannte Proteinoberflchen: Unterscheiden strukturell konservierte AS zwischen Oberflche und Bindungsstellen? Ziel: Z.B. - Erleichterte Vorhersage von Protein- Protein Interaktionen - Erleichtertes Drug Design durch Erkennen der Bindungsstelle am Target oder Design der Bindungsstelle als Pharmakophor
  • Folie 23
  • 23 Auf der Suche nach strukturell konservierten Resten Zu Grunde liegender Datensatz von 1629 Proteinen mit bekannter Schnittstelle aus der PDB wird in 10 Familien eingeteilt Einteilung erfolgt nach hnlichkeit der Sequenzen Danach Multiples Strukturelles Alignment innerhalb der Familien Ma, Elkayam, Wolfson, Nussinov, PNAS 100(2003)
  • Folie 24
  • 24 Multiples Strukturelles Alignment - MUSTA Alignment der Koordinaten der C-alpha Atome Es werden Koordinaten als Ausgangspunkte gewhlt, die einander nahe sind Rotation und Translationen werden berechnet und bewertet
  • Folie 25
  • 25 Ergebnisse: An Bindungsstellen bevorzugte AS Trp weist hohen Konservierungsgrad an Bindungsstellen auf. Weniger Eindeutig: Methionin, Phenylalanin Allgemein: Hydrophobe Reste dominieren Ma, Elkayam, Wolfson, Nussinov, PNAS 100(2003)
  • Folie 26
  • 26 Warum Trp, Met, Phe? Trp ist besonders gro -> hydrophobe WW stark Trp formt mit Ala Vertiefungen in der Struktur Phe und Trp stabilisieren evtl. polare Bindungen und damit die Komplexe Methionin: Rolle unbekannt
  • Folie 27
  • 27 Energetische Hot-Spots Die freie Bindungsenergie an Bindungsstellen ist nicht gleichverteilt. Es gibt Punkte hoher Bindungsenergie, die zumeist polar sind Ma, Elkayam, Wolfson, Nussinov, PNAS 100(2003)
  • Folie 28
  • 28 Sind Hot-Spots konserviert? Zwischen den konservierten AS und den bekannten Hot-Spots besteht eine hohe Korrelation Unterstreicht wichtige Rolle der Hot-Spots und die Signifikanz der Anwesenheit strukturell konservierter Reste Ma, Elkayam, Wolfson, Nussinov, PNAS 100(2003)
  • Folie 29
  • 29 Was, wenn nicht gengend Strukturen bekannt sind? Bisher: Strukturelles Alignment(MUSTA) identifikation struktureller Konservierungen Nur eine Struktur bekannt und mehrere homologe Sequenzen hybrides Alignment: Zuordnung der Sequenzen auf die Struktur Ma, Elkayam, Wolfson, Nussinov, PNAS 100(2003)
  • Folie 30
  • 30 Zusammenfassung: Strukturell konservierte Reste Durch Alignment werden strukturell konservierte Reste aufgedeckt Energetisch hochwertige Bindungsteile sind stark konserviert Bestimmte AS deuten auf Bindungsstelle hin
  • Folie 31
  • 31 Gesamtzusammenfassung Aus Struktur, Konservierung und Sequenz lassen sich Informationen bzgl. Bindungsstellen ziehen Voraussage von Bindungsstellen ist auch ohne 3D Struktur mglich iS2H: Vielversprechend beim Auffinden neuer Proteinkomplexe Korrelierte Mutationen: Als Untersttzung des Dockings gut geeignet Strukturell konservierte Reste: Beim Drug Design oder zur Identifizierung der Bindungsstellen in einem Komplex