1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.
-
Upload
vreni-abrell -
Category
Documents
-
view
112 -
download
0
Transcript of 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.
![Page 1: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/1.jpg)
1
Protein-Protein Bindungsstellen
Lennart Heinzerling
![Page 2: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Worum geht es in den nächsten 45 Minuten?
Auffinden von Protein-Protein Komplexen aus einer großen Menge potentieller Komplexe z.B. für
-Interaction Networks-funktionelle/räumliche Zuordnung neuer Proteinedurch neue Erkenntnisse über BindungsstellenBisher Docking mit bekannten 3D Strukturen zum Auffinden von Komplexen. Nun:Proteinsequenzen Proteinkomplexe
![Page 3: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/3.jpg)
3
Sequenz Komplex?
Kann man aus der Sequenz eines Proteins genug Informationen ziehen um Bindungsstellen und Komplexe zu finden?Wir werden sehen:ja!
![Page 4: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/4.jpg)
4
Verschiedene Methoden, verschiedene Einsatzgebiete
In Silicio two Hybrid
Korrelierte Mutationen
Strukturelle Konservierung
![Page 5: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Erste Methode
Korrelierte Mutationen und Bindungsstellen
![Page 6: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/6.jpg)
6
Zeigen korrelierte Mutationen Bindungsstellen auf?
An Interaktionsstellen muss zwangsläufig Koevolution statt findenSind korrelierte Mutationen eindeutig mit Bindungsstellen verknüpft?Methode kann zur Unterstützung des Dockings eingesetzt werden oder zur Voraussage der Bindungsstelle aus der Sequenz
![Page 7: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Methode zum Auffinden korrelierter Mutationen
Alignment der Sequenzen wird erstelltKorrelation wird für jede Position berechnetDie n am besten korrelierten Mutationen werden als Bindungsstellen – AS betrachtetXd Wert: Maß für den Anteil korrelierter Reste bei kleinem Abstand. Je höher desto besser
Pazos, Helmer-Citterich, Ausiello, Valencia, J.Mol.Bio 271(1997)
![Page 8: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Testmenge
Die Methode wurde hauptsächlich an inter-domain Kontakten getestetTest der Methode an zwei großen Mengen von Docking-LösungenZum Zeitpunkt der Untersuchung stand keine ausreichende Menge von Komplexen zur Verfügung„Echte“ Komplex-Tests daher nur an Hämoglobin und Hsc70
![Page 9: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Sind sich korreliert mutierte AS näher?
Untersuchung der 21 zweidomänigen Proteine ergab eine klare Tendenz korrelierter Mutationen, sich räumlich nahe zu seinDies deutet darauf hin, dass korrelierte Mutationen Bindungsstellen aufzeigen können
Pazo
s, Helm
er-C
itterich
, Au
siello
, V
ale
ncia
, J.Mol.B
io 2
71
(19
97
)
![Page 10: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Sind sich korrelierte AS unabhängig von Domänenstellung nahe?
Untersuchung an der geöffneten (3cln) und geschlossenen(2bbm) Form von CalmodulinEindeutig größere Nähe der korrelierten AS bei geschlossener FormErgebnis unterstreicht die Signifikanz von korrelierten AS als Indikator für Bindungsstellen
Pazo
s, Helm
er-C
itterich
, Au
siello
, V
ale
ncia
, J.Mol.B
io 2
71
(19
97
)
![Page 11: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Anwendung: Unterstützung des Dockings
7440 mögliche Docking – Lösungen wurden für Proteine 2c2c und 3est generiertDie optimale Lösung hat einen Xd-Wert, der unter den besten 5% liegtAndere Lösungen mit hohem Xd-Wert sind der optimalen Lösung nahe
Pazos, Helmer-Citterich, Ausiello, Valencia, J.Mol.Bio 271(1997)
![Page 12: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/12.jpg)
12
Gute Resultate mit einem Hetero-Dimer?
Bisher nur Tests an Kontakten zwischen DomänenZum Zeitpunkt der Untersuchung gab es keine ausreichende Datenmenge von PP – KomplexenA1-b1 Monomere des Hämoglobin als TestproteineMehrere Docking-Lösungen werden generiertDer Xd Wert der optimale Lösung liegt in der Menge der 6% größten Xd-Werte
Pazos, Helmer-Citterich, Ausiello, Valencia, J.Mol.Bio 271(1997)
![Page 13: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Bindungsstellenvorhersage aus der Sequenz allein?
Test am zwei-Domänen-Protein Hsc70Domäne Nt – Struktur bekannt, Domäne Ct Struktur unbekanntErgebnisse deuten auf eine eindeutige Docking-Lösung hin, wurden jedoch nicht validiert
Pazo
s, Helm
er-C
itterich
, Au
siello
, V
ale
ncia
, J.Mol.B
io 2
71
(19
97
)
![Page 14: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Zusammenfassung korrelierte Mutationen
Korreliert mutierte Aminosäuren deuten auf Bindungsstellen hinDie Auswahl der optimalen Docking-Lösung wird durch die Methode vereinfachtAnwendbarkeit außerhalb dieser Hilfsfunktion nicht hinreichend validiert, Testreihen zu klein
![Page 15: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Nächste Methode
In Silicio two Hybrid
![Page 16: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/16.jpg)
16
In Silicio Two Hybrid
Methode zum Auffinden neuer Proteinkomplexe und ihrer Interaktionsstellen Benötigt werden nur Sequenzen, keine 3D Strukturen
![Page 17: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/17.jpg)
17
iS2H: So funktioniert esA: Alignment zweier Protein 1
und 2 mit mindestens 11 homologen Proteinen a,b,c...
B: Für alle Proteine: Konkatenation des Alignments. Danach Berechnung der Korrelation zwischen den Spalten
C: Verteilung der Korrelationsstärken innerhalb der Proteinen(P11,P22) und zwischen Proteinen(P12). Eingeteilt in 10 Korrelationsklassen
Pazos, Valencia, PROTEINS 47(2002)
![Page 18: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/18.jpg)
18
iS2H: Anwendung auf Testmengen
Tests an verschiedenen Mengen bekannter Proteinkomplexe lieferten positive ResultateDaher dürfte Anwendung auf 67.238 potentielle Paare in E.Coli neue Erkenntnisse bringen
![Page 19: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/19.jpg)
19
iS2H gegen 67.238 mögliche E.Coli PP – Paare. Ergebnisse:
Mögliche Interaktionen des hypothetischen Proteins YABK_ECOLI
Interaction Index Scores für die Suche in 67.238 potentiellen E.Coli Protein Paaren
Pazo
s, Vale
ncia
, PR
OTEIN
S 4
7(2
00
2)
![Page 20: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/20.jpg)
20
iS2H Zusammenfassung
Methode zum Auffinden neuer Proteinkomplexe und deren BindungsstellenTests deuten auf gute Anwendbarkeit als Indikator für Interaktionen hin. Ergebnisse müssen verifiziert werdenErgebnisse komplementär zu Untersuchungen von Genfusionen Methoden ergänzen sich
![Page 21: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/21.jpg)
21
Nächste Methode
Strukturell konservierte Aminosäuren und Bindungsstellen
![Page 22: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/22.jpg)
22
Strukturell konservierte AS und Bindungsstellen
Betrachte bekannte Proteinoberflächen: Unterscheiden strukturell konservierte
AS zwischen Oberfläche 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
![Page 23: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/23.jpg)
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 eingeteiltEinteilung erfolgt nach Ähnlichkeit der SequenzenDanach Multiples Strukturelles Alignment innerhalb der Familien M
a, E
lkayam
, Wolfso
n, N
ussin
ov,
PN
AS 1
00
(20
03
)
![Page 24: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Multiples Strukturelles Alignment - MUSTA
Alignment der Koordinaten der C-alpha AtomeEs werden Koordinaten als Ausgangspunkte gewählt, die einander nahe sindRotation und Translationen werden berechnet und bewertet
![Page 25: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/25.jpg)
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)
![Page 26: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/26.jpg)
26
Warum Trp, Met, Phe?
Trp ist besonders groß -> hydrophobe WW starkTrp formt mit Ala Vertiefungen in der StrukturPhe und Trp stabilisieren evtl. polare Bindungen und damit die KomplexeMethionin: Rolle unbekannt
![Page 27: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/27.jpg)
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)
![Page 28: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Sind Hot-Spots konserviert?
Zwischen den konservierten AS und den bekannten Hot-Spots besteht eine hohe KorrelationUnterstreicht wichtige Rolle der Hot-Spots und die Signifikanz der Anwesenheit strukturell konservierter Reste
Ma, E
lkayam
, Wolfso
n, N
ussin
ov,
PN
AS 1
00
(20
03
)
![Page 29: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Was, wenn nicht genügend Strukturen bekannt sind?
Bisher: Strukturelles Alignment(MUSTA)identifikation struktureller KonservierungenNur eine Struktur bekannt und mehrere homologe Sequenzen hybrides Alignment: Zuordnung der Sequenzen auf die Struktur
Ma, E
lkayam
, Wolfso
n, N
ussin
ov,
PN
AS 1
00
(20
03
)
![Page 30: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Zusammenfassung: Strukturell konservierte Reste
Durch Alignment werden strukturell konservierte Reste aufgedecktEnergetisch hochwertige Bindungsteile sind stark konserviertBestimmte AS deuten auf Bindungsstelle hin
![Page 31: 1 Protein-Protein Bindungsstellen Lennart Heinzerling.](https://reader035.fdocument.pub/reader035/viewer/2022081514/55204d6449795902118ba769/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Gesamtzusammenfassung
Aus Struktur, Konservierung und Sequenz lassen sich Informationen bzgl. Bindungsstellen ziehenVoraussage von Bindungsstellen ist auch ohne 3D Struktur möglichiS2H: Vielversprechend beim Auffinden neuer ProteinkomplexeKorrelierte Mutationen: Als Unterstützung des Dockings gut geeignetStrukturell konservierte Reste: Beim Drug Design oder zur Identifizierung der Bindungsstellen in einem Komplex