Proteinstrukturvorhersage

Bioinformatik II
 Sonja Karam Franziska Heinze

Aufgabenstellung:

Gegebene Targets:

Herangehensweise und Ergebnisse fuer 'Comparative Modelling' am Beispiel T0158:

• Mittels PSI-BLAST wurde nach homologen Proteinsequenzen zu den gegebenen Targets gesucht. Fuer das folgende Target haben wir homologe Proteinsequenzen gefunden (BLAST-Ergebnis) und haben das Protein 1jji ausgewaehlt, da es eine evalue von 5e -11 besitzt und eine sequence identitiy von 40% ueber einen grossen Abschnitt besitzt.
• Mit Hilfe der PDB-Datenbank haben wir uns die PDB-Dateien der ausgewaehlten homologen Proteine herausgesucht: 1jji.pdb, welches zur  Familie  mixed alpha/beta gehoert : http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/cath_new/domains/1j/1jjiA0.html
• Um mit dem Modeller zu arbeiten, welcher ein 3D-Modell unseres Proteins erstellt, benoetigen wir eine pir-Datei, die wir mittels FUGUE erhalten. Hierzu muss die ID des gefundenen homolgen Proteins  sowie unsere gebenen AS-Sequenz eingegeben werden. Daraus resultierte folgendes Ergebnis: T0158_1jji.pir,
• Neben der pir- und pdb-Datei benoetigt der Modeller eine .top-Datei, die an die jeweiligen Dateien angepasst werden musste:
  

INCLUDE
#SET OUTPUT_CONTROL = 1 1 1 1 2
SET ALNFILE = 'modt0124.ali'
SET KNOWNS = '1avh'
SET SEQUENCE = 't0124'
SET ATOM_FILES_DIRECTORY = '.'
SET STARTING_MODEL= 1                             # index of the first model
SET ENDING_MODEL = 1                                 # index of the last model
CALL ROUTINE = 'model'                                   # do homology modelling

• Der Modeller erstellte folgende PDB-Datei: T0158.pdb , die wir mit Hilfe des Programmes VMD grafisch dargestellt haben und mit dem homologen Protein 1jji.pdb verglichen haben : 

• Schon anhand der Grafiken kann man erkennen, dass es eine hohe Aehnlichkeit der beiden Proteinstrukturen vorliegt. Dies wird noch anhand von ProFit untersucht. Dieses Programm ermittelt einen RMS-Wert, welches Auskunft ueber die Guete des Modells gibt. Er sollte nicht groesser als 10 sein. Unser Modell hat einen RMS-Wert von 5,968, das heisst es hat eine hohe Guete. 
• Des Weiteren kann man die Aehnlichkeit ueber das Programm Prosa untersuchen. Man kann erkennen, dass die Sequenzen erst ab dem ersten Drittel sehr gut uebereinstimmen und als glaubhaft einzustufen ist: T0158_1jji.ps                                              
  

Ergebnisse fuer T0164:

• PSI-BLAST Ergebnis:  BLAST-T0164
Mittels PSI-BLAST wurde nach homologen Proteinsequenzen zu den gegebenen Targets gesucht. Fuer das Target T0164 haben wir eine homologe Proteinsequenzen gefunden, welche zu 100% mit unserem Target uebereinstimmt: 1io0
Aus diesem Grund haben wir aufgehoert weiter zu suchen und haben gleich die pdb-Datei 1io0 in den Modeller bearbeitet.

Familie:(a/b:parallel betasheets)  http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/data/scop.b.d.bb.b.b.d.html

Herangehensweise und Ergebnisse fuer "Protein fold Recognition" am Beispiel T0192:

• Da mittels PSI-Blast keine homologen Proteine gefunden wurden ( PSI-Blast ), haben wir den Weg ueber Protein fold Recognition gewaehlt. Hierzu nutzten wir die Programme nnpredict sowie 3d-pssm

   
   E :beta strand element
    H :helix element
    C :no prediction


 sequen:MAKFVIRPATAADCSDILRLIKELAKYEYMEEQVILTEKDLLEDGFGEHPFYHCLVAEVPKEHWTPEGHSIVGFAMYYFTYDPWIGKLLYLEDFFVMSDYRGFGIGSEILKNLSQVAMRCRCSSMHFLVAEWNEPSINFYKRRGASDLSSEEGWRLFKIDKEYLLKMATEE
 nnpred:CCCEEECCCCCCCCHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHCCCHCCCCCCCCCECCCCCCCCCCCCCCCCCEECEEEEEECCCCCCCCHHEHHHHEECCCCCCCCCCHHHHHHHHHHHEEECCCCCCEEECCCCCCCCCCECCCCCCCCCCHHHHHHHHHHHHHHHHHHCCC
3dpssm:CCCEEEEECCHHHHHHHHHHHHHHHHHCCCCCCCCCCHHHHHHHHCCCCHHHHHHHCCCCEEEEEEECCCEEEEEEEEECCCCCCCCEEEEEEEEECHHHHCCHHHHHHHHHHHHHHHHCCCCEEEEEECCCCHHHHHHHHHCCCEEEEEECCEEEEEECHHHHHHHHCCC
hompro:.CCEEEEECCCCHHHHHHHHHHHHHHHHCCCCCHHHHHHHHHHHHCCCCCE.EEEEECCCCCCEECCCCCEEEEEEEEEECCCCCCCCEEHCCCCHHHHHHHHHHHHHHHHCCCCEEEEEECCCHHHHHHHHCCEEECCEEEEEEEECHHEEEEECCCCCCCCCCCCCCCCCCCC

• Das Programm 3d-dpssm suchte als aehnlichstes Protein bezueglich der Sekundaerstruktur das Protein d1qsma mit einer e-value von 0.104 und die Familie des Proteins ist alpha/beta.
• Durch ein multiples Alignment mittels FUGUE ( Target T0192 gegen die Fold library ) bestaetigte sich die Aehnlichkeit zwischen T0192 sowie d1qsma mit einem ZScore von 17,7 ( Ergebnis ) zudem erstellte FUGUE die fuer den Modeller notwendige pir-Datei: T0192_d1qsma.pir 
• Als naechtes suchten wir aus der PDB-Datenbank die PDB-Datei des Proteins d1qsma herausgesucht und erstellten die PDB-Datei unseren Targets: T0192.pdb

• Mittels VMD haben wir die PDB-Dateien grafisch dargestellt und miteinander verglichen

                              T0192                                                                 Ueberlagerung                                                             d1qsma

• An dem Bild kann man erkennen, dass unser Target T0192 mit einer Domain des Proteins d1qsma teilweise uebereinstimmt. Ein RMS-Wert von 8,619 verdeutlicht, dass es lediglich eine akzeptable Aehnlichkeit beider Proteine gibt.
• Nun wurde die Aehnlichkeit nochmals mit dem Programm Prosa untersucht ( prosa.ps ). Man sieht, dass es eine zwar keine Ueberdeckung gibt, aber der Kurvenverlauf eine gewisse Aehnlichkeit ( besonders im ersten Drittel ) aufweist. Die Struktur ist leider nicht sehr glaubhaft, da sich die meisten Werte unseres Targets oberhalb der Null-Linie bewegt.
  

Ergebnisse fuer T0146:

• Es wurden keine homologen Proteine gefunden: Blast-Ergebnis
• Sekundaerstrukturanalzse mittels nnpredict sowie 3-dpssm
  

sequence:AFTPFPPRQPTASARLPLTLMTLDDWALATITGADSEKYMQGQVTADVSQMAEDQHLLAAHCDAKGKMWSNLRLFRDGDGFAWIERRSVREPQLTELKKYAVFSKVTIAPDDERVLLGVAGFQARAALANLFSELPSKEKQVVKEGATTLLWFEHPAERFLIVTDEATANMLTDKLRGEAELNNSQQWLALNIEAGFPVIDAANSGQFIPQATNLQALGGISFKKGCYTGQEMVARAKFRGANKRALWLLAGSASRLPEAGEDLELKMGENWRRTGTVLAAVKLEDGQVVVQVVMNNDMEPDSIFRVRDDANTLHIEPLPYSLEE
nnpredict:CCCCCCCCCCCCCCCCHHEHHCHCHHHHHEECCCCCCHHCCCCCCCCHCHHHHHHHHHHHHHHCCCCCHHHHHECCCCCCCEEHHHCCCCCCCHHHHHHHHHCEECCCCCCCHHHEEEHHHHHHHHHHHHHHCCCCCCCHHHEHHCHHHHHHHHCCCCHHEEECCCHCHHHHHHCCCCCHCHHCCHHHHHHHHCCCCCEECCCCCCCCCCCCCCCHHCCCCECCCCCCCCHHHHHHHHHHCCCHHHHHHHHCCCCCCCCCCHHHHHHHCCCCCHCCHHHHHHHCCCCCEEEEEECCCCCCCCCCEEECCCCCCCCCCCCCCCCCC
 3-dpssm:CCCCCCHHHHHHHHHHCCEEEECCCCEEEEEECCHHHHHHHHCHHHCCCCCCCCCEEEEEEECCCCCEEEEEEEEECCCEEEEEECHHHHHHHHHHHHHHHCCCCCEEEECCCEEEEEEECCCHHHHHHHHCCCCCCCCEEECCCCEEEEECCCCCCCEEEEEECHHHHHHHHHHHHHCCCCCCHHHHHHHHHHHCCCCCCCCCCCCCCHHHHHHHHHCCCCCCCCCCCHHHHHHHHHHCCCCCEEEEEEEECCCCCCCCCCEEEECCCCCCCEEEEEEEEEECCCCCEEEEEEECCCCCCCCEEECCCCCCEEEEEECCCCCCC
hompro:

• Das Programm 3d-dpssm suchte als aehnlichstes Protein bezueglich der Sekundaerstruktur das Protein 1ko3 mit einer e-value von 0.0473
• Familie(a+b laut 3dpssm)
  
• mittels FUGUE erstellten wir die fuer den Modeller notwendige pir-Datei: 1ko3-t0146.pir 
• Als naechtes suchten wir aus der PDB-Datenbank die PDB-Datei des Proteins 1ko3 herausgesucht und erstellten die PDB-Datei unseren Targets: T0146.pdb
• Mittels VMD haben wir die PDB-Dateien grafisch dargestellt und miteinander verglichen

                                    T0146                                                             Ueberlappung(blau 1ko3)                                                      1ko3

• Man kann erkennen, dass die Strukturen nicht sehr gut uebereinstimmen, lediglich die alpha-helices sind aehnlich angeordnet. Die Faltblaetter sind bei unserem Target ungeordnet und bei dem dem Protein 1ko3 sind diese in zwei Reihen parallel zueinander angeordnet.
• Die Untersuchung der Aehnlichkeit mit dem Programm Prosa ( prosa.ps ) ergab, dass beide Proteine unterschiedlich sind und dass es nur zu einem geringen Maß eine Aehnlichkeit besteht, dies bestaetigt auch der RMS-Wert von 18,22.

Ergebnisse fuer T0157:

• Es wurden keine homologen Proteine gefunden
• Sekundaerstrukturanalyse mittels nnpredict sowie 3-dpssm (familie a/b laut 3dpssm )
  

 sequence:MSGTLLAFDFGTKSIGVAVGQRITGTARPLPAIKAQDGTPDWNIIERLLKEWQPDEIIVGLPLNMDGTEQPLTARARKFANRIHGRFGVEVKLHDERLSTVEARSGLFEQGGYRALNKGKVDSASAVIILESYFEQGY
nnpredict:CCCCEEEEHCCCCCEEEEECCEECCCCCCCCCCCCCCCCCCCCHHHHHHCCCCCCCEEECCCCCCCCCCCCHHHHHHHHHHHHCCCCCEEECCCCCCCCHHHCCCCCECHCCHHHHCCCCCCCCCEEEEEEHHCCCCC
 3-dpssm:CCEEEEEEECCCCEEEEEEECCCCCCCCCCEEEECCCHHHHHHHHHHHHHHCCCCEEEECCCCCCCCCCHHHHHHHHHHHHHHHHHCCCCEEEECCCCCHHHHHHHHHHCCCCCCCCCCCHHHHHHHHHHHHHHHCCC
 

• Das Programm 3d-spssm suchte als aehnlichstes Protein bezueglich der Sekundaerstruktur das Protein d1hjra mit einer e-value von 0.118
• Durch ein multiples Alignment mittels FUGUE ( Target T0157 gegen die Fold library ) bestaetigte sich die Aehnlichkeit zwischen T0157 sowie d1hjra mit einem ZScore von 5 (Ergebnis). Dies entspricht einer confidence von ueber 95%. Zudem erstellte FUGUE die fuer den Modeller notwendige pir-Datei: T0157_d1hjra.pir 
• Als naechtes suchten wir aus der PDB-Datenbank die PDB-Datei des Proteins d1hjra herausgesucht und erstellten die PDB-Datei unseren Targets: T0157.pdb

• Mittels VMD haben wir die PDB-Dateien grafisch dargestellt und miteinander verglichen

                          T0157                                                                  Ueberlagerung                                                                 d1hjra

• Man sieht, dass unser Target mit einer Domain des Proteins d1hjra verglichen werden kann. Die Strukturen sind sich zwar aehnlich jedoch gibts eine große Winkelverschiebung, wordurch der schlechte RMS-Wert von 16,98 zu erklaeren ist.
• Auch die Untersuchung mit dem Programm Prosa ( prosa.ps ) ergab, dass es eine Uebereinstimmung der Struktur lediglich in einzelnen Bereichen zu finden ist, vor allem in der ersten Haelfte.
  

Ergebnisse fuer T0134:

• Es wurden keine homologen Proteine gefunden
• Sekundaerstrukturanalyse mittels nnpredict sowie 3-dpssm
  

• Das Programm 3d-spssm suchte als aehnlichstes Protein bezueglich der Sekundaerstruktur das Protein 1b9k mit einer e-value von 0.123
• Durch ein multiples Alignment mittels FUGUE ( Target T0134 gegen die Fold library ) konnte keine direkte Aehnlichkeit festgestellt werden, da das Protein 1b9k dort nicht angegeben wurde, jedoch hat das Programm als bestes passendes Protein Alpha-adaptinC12 ( ZScore 7 ) ausgegeben ( Ergebnis )und da 1b9k der Familie Alpha-adaptin angehoert, waehlten wir es als aehnlichstes Protein und erstellten die pir-Datei: T0134_1b9k.pir 
• Als naechtes suchten wir aus der PDB-Datenbank die PDB-Datei des Proteins 1b9k ( PDB )herausgesucht und erstellten die PDB-Datei unseren Targets: T0134.pdb
• Mittels VMD haben wir die PDB-Dateien grafisch dargestellt und miteinander verglichen

• Man kann an den Bildern erkennen, dass die Ueberlagerung der Proteinstrukturen nicht sehr gut ist. Dies bestaetigt sich auch durch den RMS-Wert, welcher bei 13,213 liegt und eigentlich nicht hoeher als 10 sein sollte
• Auch das Programm Prosa ( prosa.ps ) verdeutlicht, dass es keine hohe Aehnlichkeit zwischen den Proteinen gibt.