Исследование задач сравнения третичных структур белков, как трехмерных точечных множеств, и предсказания их взаимодействий

Проект БРФФИ № Ф08МС-012 (международный проект с Университетом Канзаса, США)
“Исследование задач сравнения третичных структур белков, как трехмерных точечных множеств,
и предсказания их взаимодействий”, 2008-2010 гг.

Целью проекта является исследование и разработка алгоритма сравнения трехмерных точечных множеств различной мощности с целью его применения для определения сходства третичных структур белков. Исследование алгоритма предсказания взаимодействия белков на основе сравнения третичных структур гомологичных белков (задача взаимодействия белков – docking) и сравнения интерфейсов взаимодействия белковых комплексов.

Понимание процессов взаимодействия белков является необходимым шагом для моделирования биохимических взаимодействий в живой клетке, а также является структурной основой создания лекарств. Информация о схожести пространственных структур белков в значительной степени облегчает предсказание функций неизвестных белков, она также необходима для определения отдаленных эволюционных связей.

Результаты:

Разработан подход сравнения математических моделей трехмерных структур белков и предсказания взаимодействия белков по их третичным структурам. Сравнение третичных структур белков основано на поиске преобразования движения, максимизирующего функцию сходства белков. Предсказание взаимодействия белков А и В состоит в поиске белковых комплексов А’В’ таких, что белки А и В гомологичны белкам А’ и В’ в области интерфейсов белковых комплексов (Рис. 1). Для поиска схожих интерфейсов была использована база данных белковых интерфейсов, представленная в Интернет. Поиск пространственной схожести только в области интерфейса значительно уменьшает время вычисления и адекватно отражает природу белковых взаимодействий.

Использование:

Разработанные алгоритмы могут быть использованы для решения задачи прогнозирования взаимодействий белков на основе известных интерфейсов белковых комплексов. Экспериментальное определение пространственных структур комплексов белков является более сложной задачей, чем определение структуры индивидуального белка. Известно, что в большинстве случаев белковые комплексы, а не индивидуальные белки, выполняют те или иные функции в организме. Таким образом, данные исследования необходимы для дальнейшего понимания жизненных процессов, что может найти применение в различных областях биологии и медицине, в частности, для создания лекарств и вакцин.

Участники проекта:
От ОИПИ НАН Беларуси
А.В. Тузиков (д.ф.-м.н., профессор);
Т.В. Кирис (м.н.с.);
И.В. Анищенко (аспирант);
Ю.Е. Грушецкий (м.н.с.)

От США
И. Ваксер (I. Vakser, Professor);
П. Кундротас (P. Kundrotas, Professor);
Р. Синха (R. Sinha, Ph.D.)

Список литературы:

[1] Gray JJ. High-resolution protein–protein docking. Curr Opin Struct Biol 2006;16:183–193.

[2] Marshall GR, Vakser IA. Protein-protein docking methods. In: Waksman G, editor. Proteomics and Protein-Protein Interaction: Biology, Chemistry, Bioinformatics, and Drug Design. New York: Springer; 2005. p 115-146.

[3] Prediction of protein interactions using homologous interactions / T.V. Kirys, A.V. Tuzikov, D.K. Voytekhovsky, Y.E. Grushetsky // Proceedings of the Sixth International Conference on Bioinformatics of Genome Regulation and Structure. – 2008. – P. 117.

[4] T. Kirys, S. Feranchuk, A. Tuzikov, J. Rocha. Iterative protein alignment algorithm (IPA). Proceedings of the 3-rd Moscow conference on computational molecular biology, Moscow, Russia, July 27-31, 2007, p. 145-147.

[5] Douguet, D., Chen, H.-C., Tovchigrechko, A., and Vakser, I.A., 2006, Dockground resource for studying protein-protein interfaces, Bioinformatics, 22:2612-2618.

[6] Nicola, G., Vakser, I.A., 2007, A simple shape characteristic of protein-protein recognition, Bioinformatics, 23:789-792.