ליצירה והחלה הפניה כדי לקדם את הדיון ואת הסיווג של חלבונים בתוך קבוצה מגוונת
Summary
המטרה של פרוטוקול זה היא לפתח התייחסות חלבונים מתבדרת בקבוצה חסר קוהרנטי לקריטריונים במינוח והסיווג. הפניה זו יקל על ניתוח ודיון של הקבוצה בכללותה, יכול לשמש שמות הוקמה.
Abstract
חלבונים הקשורים נחקרו במעבדות שונות באמצעות אורגניזמים משתנות מעצמן מערכת אחידה של נומנקלטורה, סיווג, ולכן קשה לדבר על הקבוצה בכללותה, למקום חדש רצפים לתוך הקשר המתאים. פיתוח הפניה לפי עדיפות רצף חשוב תכונות הקשורות למבנה ו/או פעילות יכול לשמש בנוסף שמות הוקמה כדי להוסיף קצת קוהרנטיות קבוצה מגוונת של חלבונים. מאמר זה משתמש מיוצב ציסטאין סליל אלפא (CS-αβ) superfamily כדוגמה להראות איך הפניה המופקים בתכנת יכולים להבהיר את קשרי הגומלין בין החלבונים הקיימים ב- superfamily, וכן להקל על התוספת של חדש רצפים. הוא גם מראה איך ההפניה יכול לעזור כדי לחדד היישורים רצף שנוצר בתוכנה נפוץ, אשר משפיעה על תוקפה של ניתוח פילוגנטי. השימוש של הפניה צפוי להיות מועיל ביותר עבור קבוצות חלבון הכוללות רצפים מאוד מתפצלת מתוך קשת רחבה של taxa, עם תכונות לא מספקת בשבי על ידי ניתוחים מולקולריים.
Introduction
השם של חלבון לשקף היא המאפיינים ואת היחסים חלבונים אחרים. למרבה הצער, שמות מוקצים בדרך כלל בזמנו של גילוי, וכמו המחקר ממשיך, ההבנה של הקשר גדול עשוי להשתנות. זה יכול להוביל שמות מרובים אם חלבון זוהתה באופן עצמאי על ידי מעבדה אחד או יותר, שינויי המינוח או בכל המאפיינים נחשב סופית בעת הקצאת השם, שם כבר לא מספיק המבדילים את החלבון מאחרים.
הגעה defensins ספק דוגמה טובה של ניוון נומנקלטורה, סיווג. Defensins הגעה הראשונה דווחו מפני חרקים, השם “חרק defensin” הוצע בהתאם הנתפס הומולוגיה ל- defensins בתרבית של1,2. המונח defensin משמש עדיין, למרות שזה עכשיו לנקות את defensins הגעה, יונקים אל תשתף3,אב קדמון משותף4. תלוי בזן, חסרי חוליות “defensin” ייתכן cysteines 6-8 (שיוצרים חוב דיסולפידי שלושה או ארבעה) ועוד מגוון של פעילות מיקרוביאלית. כדי לסבך את המצב, חלבונים עם מאפיינים זהים כפי defensins לא תמיד מכונים “defensins,” כמו cremycins שזוהה לאחרונה Caenorhabditis remanei5. בנוסף, הגעה defensins גדול הם נוטים יותר להיות קשור אבולוציונית חוליות β-defensins מאשר ל- defensins הגעה אחרים6. למרות זאת, החוקרים לפעמים להסתמך על השם “defensin” בעת קביעת רצפי אשר צריכים להיכלל ניתוחים.
מחקרים מבניים נחשף הדמיון בין חרקים defensins עקרב רעלים7, הקיפול CS-αβ הוקמה לאחר מכן מאפיין מבנית של חרקים defensins8. הקיפול מגדיר את superfamily (CS-αβ) של הרעלן דמוי עקרב ב מבניים סיווג של חלבונים (SCOP) מסד הנתונים9, הכולל חמש המשפחות: defensins חרקים, קצר-שרשרת העקרב רעלים, ארוכי שרשרת העקרב רעלים, MGD-1 (מ רכיכה), צמח defensins. Superfamily הזה הוא נרדף עם חבר העמים תיאר לאחרונה-defensins4 ו Superfamily 3.30.30.1010,מסד נתונים תלת-ממדיים הצנתור/ג’ין11. מחקרים מתוך מגוון של הגעה taxa, צמחים, פטריות הצג כי השמות של חלבונים המכילים הקיפול שאינן בבירור קשורות לציסטאין מספר או דפוס התקשרות, פעילות מיקרוביאלית או היסטוריה אבולוציונית12.
חוסר העקביות ואת קריטריונים ברורים לעשות את זה מאתגר שם ולסווג זיהו לאחרונה רצפי superfamily הזה. מכשול גדול השוואת חלבונים ב superfamily הזה הוא cysteines ממוספרים ביחס לכל בודדים רצף (ציסטאין הראשון ברצף כל הוא C1), בלי שום דרך להסביר התפקיד המבני. משמעות הדבר היא כי ניתן להשוות רק רצפים עם מספר זהה של cysteines. יש קטן שימור רצף שונה cysteines ויוצרים, מקפלים CS-αβ שהופך היישורים וניתוחים פילוגנטי קשה. על ידי פיתוח מערכת מספור קובע סדר עדיפויות של תכונות מבניות, רצפים superfamily יכול להיות בקלות רבה יותר בהשוואה, מיושר. תכונות שנשמרת, כמו גם אלה הגדרת קבוצות, ניתן לאבחן במהירות, רצפים החדש ניתן להציב יותר בקלות לתוך הקשר המתאים.
מאמר זה משתמש בתכנת (למשל, Excel) ליצור הפניה מספור מערכת superfamily CS-αβ. זה מראה איך זה מבהיר השוואות בין רצפים והחלתו רצפים CS-αβ החדש מזוהה של tardigrades. כדוגמא את superfamily CS-αβ, הפרוטוקול נכתב כדי לספק הדרכה בעת שימוש רצפים של עניין; עם זאת, זה לא נועד לפרט הזה superfamily או רצפי ציסטאין-עשיר. שיטה זו צפוי להיות שימושית במיוחד עבור קבוצות של חלבונים אשר נחקרו באופן עצמאי ב- taxa מתפצלת ו/או יש רצף הומולוגיה הכולל קטן, עם מאפיינים בדידה זה לא ניתן בקלות לזהות תוכנות אנליזה מולקולרית. שיטה זו דורשת כמה החלטות קודמת לגבי תכונות חשובות, אז זה יהיה של השירות מוגבל אם אין תכונות חשובות זוהו. המטרה העיקרית היא להראות כיצד ניתן להשיג פריט חזותי פשוט הגומלין רצף. לאחר מכן ניתן להשתמש כדי להודיע עימוד רצפים וניתוח, אבל אם יישור וניתוח המטרות, שיטת ברקוד יהיה חלופה בעלת קיבולת נוספת עבור אוטומציה13. השיטה הנוכחית מציגה את התכונות של כל פפטיד בצורה לינארית, אז זה לא יהיה שימושי עבור הפריט החזותי ישירה של מבנה תלת-ממדי.
Protocol
Representative Results
Discussion
הקריטריונים למתן חלבון בתוך קבוצה צריכה להיות ברורה, אבל זה לא תמיד המקרה. רצפים זאת יש CS-αβ מקפלים נחקרו במעבדות רבות באמצעות מגוון רחב של אורגניזמים, וכתוצאה מכך מערכות שונות של נומנקלטורה, וכן ברמות שונות של אפיון. בניסיון לכפות במינוח חדש לחלוטין אינה סבירה ולא יגרום בלבול רב כאשר ייעו?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר שוטף פפטיד מיקרוביאלית tardigrade נתמך על ידי מימון מגזר מן המערב התיכון אוניברסיטת Office של מחקר במימון תוכניות (ORSP). ORSP היה אין תפקיד תכנון המחקר, איסוף נתונים, ניתוח, פרשנות או הכנת כתב היד.
Materials
| BLAST webpage | https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi | ||
| EditSeq (Lasergene suite) | DNASTAR | https://www.dnastar.com/t-allproducts.aspx | |
| Excel 2013 | Microsoft | ||
| FigTree | http://tree.bio.ed.ac.uk/software/figtree/ | ||
| MEGA | www.megasoftware.net | ||
| MrBayes | http://mrbayes.sourceforge.net/ | ||
| SCOP database | http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/ |
Riferimenti
- Matsuyama, K., Natori, S. Purification of Three Antibacterial Proteins from the Culture Medium of NIH-Sape-4, an Embryonic Cell Line of Sarcophaga peregrina. J Biol Chem. 263 (32), 17112-17116 (1988).
- Lambert, J., et al. Insect immunity: Isolation from immune blood of the dipteran Phormia terranovae. of two insect antibacterial peptides with sequence homology to rabbit lung macrophage bactericidal peptides. PNAS. 86 (262-266), (1989).
- Dimarcq, J. -. L., Bulet, P., Hetru, C., Hoffmann, J. Cysteine-rich antimicrobial peptides in invertebrates. Biopolymers. 47, 465-477 (1998).
- Shafee, T. M. A., Lay, F. T., Hulett, M. D., Anderson, M. A. The Defensins Consist of Two Independent, Convergent Protein Superfamilies. Mol Biol Evol. 33 (9), 2345-2356 (2016).
- Zhu, S., Gao, B. Nematode-derived drosomycin-type antifungal peptdies provide evidence for plant-to-ecdysozoan horizontal transfer of a disease resistance gene. Nat Commun. 5, (2014).
- Zhu, S., Gao, B. Evolutionary origin of b-defensins. Dev. Comp. Immunol. 39, 79-84 (2013).
- Bonmatin, J. -. M., et al. Two-dimensional 1H NMR study of recombinant insect defensin A in water: Resonance assignments, secondary structure and global folding. J Biomol NMR. 2 (3), 235-256 (1992).
- Cornet, B., et al. Refined three-dimensional solution structure of insect defensin A. Structure. 3 (5), 435-448 (1995).
- Murzin, A. G., Brenner, S. E., Hubbard, T., Chothia, C. SCOP: a structural classification of proteins database for the investigations of sequences and structures. J Mol Biol. 247, 536-540 (1995).
- Sillitoe, I., et al. CATH: comprehensive structural and functional annotations for genome sequences. Nucleic Acids Res. 43, 376-381 (2015).
- Lam, S. D., et al. Gene3D: expanding the utility of domain assignments. Nucleic Acids Res. 44, 404-409 (2016).
- Tarr, D. E. K. Establishing a reference array for the CS-ab superfamily of defensive peptides. BMC Res Notes. 9, 490 (2016).
- Shafee, T. M. A., Robinson, A. J., van der Weerden, N., Anderson, M. A. Structural homology guided alignment of cysteine rich proteins. SpringerPlus. 5 (27), (2016).
- Altschul, S. F., Gish, W., Miller, W., Myers, E. W., Lipman, D. J. Basic Local Alignment Search Tool. J Mol Biol. 215 (3), 403-410 (1990).
- Duckert, P., Brunak, S., Blom, N. Prediction of proprotein convertase cleavage sites. Protein Eng Des Sel. 17 (1), 107-112 (2004).
- Petersen, T. N., Brunak, S., von Heijne, G., Nielsen, H. SignalP 4.0:discriminating signal peptides from transmembrane regions. Nat Methods. 8, 785-786 (2011).
- Kobayashi, Y., et al. The cysteine-stabilized a-helix: A common structural motif of ion-channel blocking neurotoxic peptides. Biopolymers. 31, 1213-1220 (1991).
- Gao, B., del Carmen Rodriguez, M., Lanz-Mendoza, H., Zhu, S. AdDLP, a bacterial defensin-like peptide, exhibits anti-Plasmodium. activity. Biochem Biophys Res Commun. 387, 393-398 (2009).
- Tamura, K., Stecher, G., Peterson, D., Filipski, A., Kumar, S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis. Mol Biol Evol. 30 (12), 2725-2729 (2013).
- Edgar, R. C. MUSCLE: multiple sequence alignment with high accuracy and high throughput. Nucleic Acids Res. 32 (5), 1792-1797 (2004).
- Ronquist, F., Huelsenbeck, J. P. MrBayes 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models. Bioinformatics. 19 (12), 1572-1574 (2003).
- Altschul, S. F., et al. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res. 25 (17), 3389-3402 (1997).
- Zhang, Z., et al. Protein sequence similarity searches using patterns as seeds. Nucleic Acids Res. 26 (17), 3986-3990 (1998).
