Predikce proteinové struktury  Predikce sekundární struktury  Predikce proteinového foldu  Predikce terciární struktury  Predikce molekulárních komplexů  Hodnocení predikčních metod Osnova 2/39Predikce proteinové struktury  Predikce sekundární struktury  Predikce proteinového foldu  Navlékání - angl. Threading  Predikce terciární struktury  Homologní modelování - angl. Homology modelling  Ab initio predikce - angl. Ab initio prediction  Predikce molekulárních komplexů  Molekulární dokování - angl. Molecular docking Predikce proteinové struktury 3/39Predikce proteinové struktury  Přiřazení jednoho konformačního stavu každému aminokyselinovému zbytku v proteinové sekvenci:  α-šroubovice (H, angl. helix)  β-řetězec (E, angl. strand)  otočka (C, angl. coil) Predikce sekundární struktury 4/39Predikce proteinové struktury  Přiřazení jednoho konformačního stavu každému aminokyselinovému zbytku v proteinové sekvenci:  Přesnost >80%  Klasifikace proteinů  Identifikace proteinových domén a funkčních motivů  Zlepšení spolehlivosti sekvenčních přiložení  Příprava na predikci terciární struktury Predikce sekundární struktury 5/39Predikce proteinové struktury Predikce sekundární struktury 6/39Predikce proteinové struktury  PSI-PRED  Kombinuje evoluční informaci s predikcí neuronovou sítí Predikce sekundární struktury 7/39Predikce proteinové struktury  Quick2D  Přiřazení sekundárních elementů: α-šroubovic, β-řetězců, otoček, transmembránových šroubovic a neuspořádaných regionů  Metody PSI-PRED, JNET, Prof, Coils, MEMSAT2, HMMTOP, ... Predikce sekundární struktury 8/39Predikce proteinové struktury  GeneSilico MetaServer  Meta-server pro predikci struktury proteinů, včetně predikce sekundární elementů = konsensus Predikce sekundární struktury 9/39Predikce proteinové struktury  Navlékání  Rozpoznávání proteinového foldu  Hledá strukturu, která nejlépe odpovídá proteinové sekvenci prohledáváním knihovny známých foldů a hodnocením skóre  Používá se pro struktury, pro které není k dispozici vhodný templát pro homologní modelování  Neposkytne výsledek, pokud správný fold není v knihovně Predikce proteinového foldu 10/39Predikce proteinové struktury MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence  Navlékání Predikce proteinového foldu 11/39Predikce proteinové struktury fold 1 fold 2 fold n  Navlékání Predikce proteinového foldu MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence 12/39Predikce proteinové struktury konstrukce modelu  Navlékání Predikce proteinového foldu fold 1 fold 2 fold n MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence 13/39Predikce proteinové struktury  Navlékání Predikce proteinového foldu konstrukce modelu fold 1 fold 2 fold n MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence výpočet energie 14/39Predikce proteinové struktury výpočet skóre a klasifikace  Navlékání Predikce proteinového foldu konstrukce modelu fold 1 fold 2 fold n MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence výpočet energie 15/39Predikce proteinové struktury  Navlékání  PHYRE  GenTHREADER Predikce proteinového foldu 16/39Predikce proteinové struktury Predikce terciární struktury  Homologní modelování  Ab initio predikce 17/39Predikce proteinové struktury  Homologní modelování  Vytváří atomistický model založený na experimentálně určené struktuře, která je sekvenčně blízce příbuzná  Vyžadovaná sekvenční identita >25%  Základní princip = struktura je konzervována déle než sekvence Predikce terciární struktury 18/39Predikce proteinové struktury  Homologní modelování Predikce terciární struktury MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence 19/39Predikce proteinové struktury prohledání databáze párovým přiložením  Homologní modelování Predikce terciární struktury MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence 20/39Predikce proteinové struktury identifikace templátu  Homologní modelování Predikce terciární struktury prohledání databáze párovým přiložením MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence 21/39Predikce proteinové struktury přiložení sekvencí MSLGAKPFGE... MGV-AKTYGE...  Homologní modelování Predikce terciární struktury identifikace templátu prohledání databáze párovým přiložením MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence 22/39Predikce proteinové struktury extrakce páteře náhrada vedl. řetězců  Homologní modelování Predikce terciární struktury přiložení sekvencí MSLGAKPFGE... MGV-AKTYGE... identifikace templátu prohledání databáze párovým přiložením MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence 23/39Predikce proteinové struktury doplnění smyček  Homologní modelování Predikce terciární struktury extrakce páteře náhrada vedl. řetězců přiložení sekvencí MSLGAKPFGE... MGV-AKTYGE... identifikace templátu prohledání databáze párovým přiložením MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence 24/39Predikce proteinové struktury optimalizace modelu  Homologní modelování Predikce terciární struktury doplnění smyček extrakce páteře náhrada vedl. řetězců přiložení sekvencí MSLGAKPFGE... MGV-AKTYGE... identifikace templátu prohledání databáze párovým přiložením MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence 25/39Predikce proteinové struktury hodnocení modelu  Homologní modelování Predikce terciární struktury optimalizace modelu doplnění smyček extrakce páteře náhrada vedl. řetězců přiložení sekvencí MSLGAKPFGE... MGV-AKTYGE... identifikace templátu prohledání databáze párovým přiložením MSLGAKPFGE... modelovaná sekvence 26/39Predikce proteinové struktury  Homologní modelování  Swiss-Model  Modeller Predikce terciární struktury 27/39Predikce proteinové struktury  Ab initio predikce  Vytváří atomistický model založený na základních fyzikálních principech  Hledá geometrii struktury v globálním energetickém minimu  Umožňuje navrhovat struktury neexistující v přírodě  “Svatý Grál“ bioinformatiky Predikce terciární struktury 28/39Predikce proteinové struktury  Ab initio predikce  Rosetta, Robetta Predikce terciární struktury 29/39Predikce proteinové struktury  Meta-servery  GeneSilico  3D-Jury Predikce terciární struktury 30/39Predikce proteinové struktury  Molekulární dokování  Umísťování malých organických molekul – ligandů – do vazebných domén receptorů, aktivních center enzymů nebo žlábků DNA  Náhodně generované orientace a konformace ligandu v blízkosti biomolekuly jsou hodnoceny energetickým skóre  Energetické skóre = interakční energie = van der Waalsova energie + elektrostatická energie + energie vodíkových vazeb + entropie Predikce molekulárních komplexů 31/39Predikce proteinové struktury  Molekulární dokování  DOCK  AUTODOCK Predikce molekulárních komplexů 32/39Predikce proteinové struktury Hodnocení predikčních metod  CASP  Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction  Mezinárodní soutěž spolehlivosti predikčních metod = umožňuje kritické a objektivní hodnocení  K hodnocení jsou využívány slepé predikce = soutěžící obdrží proteinové sekvence se známou, avšak dosud nepublikovanou strukturou – organizátoři porovnají predikované a experimentální struktury 33/39Predikce proteinové struktury Hodnocení predikčních metod  CASP  Predikce terciární struktury  Predikce molekulárních komplexů  Predikce kontaktů mezi zbytky  Predikce neuspořádaných regionů  Predikce domén  Predikce funkce proteinů  Hodnocení kvality modelů  Upřesnění modelů 34/39Predikce proteinové struktury Hodnocení predikčních metod  CASP 35/39Predikce proteinové struktury Predikce proteinové struktury 36/39 Proteinové inženýrství Bi7410  Období: jaro  Rozsah: přednáška 1 hodina/týden  Vyučující: Mgr. Radka Chaloupková, Ph.D.  Osnova:  strukturně-funkční vztahy proteinů  metody exprese a purifikace rekombinantních proteinů  metody strukturní a funkční analýzy proteinů  racionální design, semi-racionální design a řízená evoluce  příklady využití proteinového inženýrství Predikce proteinové struktury 37/39 Strukturní biologie Bi9410+9410c  Období: podzim  Rozsah: přednáška 2 hodiny/týden, cvičení 2 hodiny/týden  Vyučující: Mgr. David Bednář, Ph.D.  Osnova:  struktura, stabilita a dynamika biologických makromolekul  makromolekulární interakce a komplexy  stanovení a předpověď struktury, identifikace důležitých oblastí  stanovení vlivu mutace na strukturu a funkci proteinu  aplikace v biologickém výzkumu, návrhu léčiv a biokatalyzátorů Predikce proteinové struktury 38/39 Molekulární biotechnologie Bi7430  Období: podzim  Rozsah: přednáška 2 hodiny/týden, cvičení 2 hodiny/týden  Přednášky: Prof. Zbyněk Prokop, Ph.D.  Cvičení: Dr. Šárka Bidmanová, Dr. Koen Beerens, Dr. Veronika Štěpánková, Mgr. Lukáš Chrást  Osnova:  proteinové, metabolické a tkáňové inženýrství  genetické inženýrství rostlin a živočichů  molekulární diagnostika, vakcíny, terapeutika  buněčná a genová terapie, regenerativní medicína  molekulární biotechnologie v průmyslu a zemědělství  Claverie, J-M., & Notredame, C. (2006). Bioinformatics For Dummies (2nd ed.). Wiley Publishing, Hoboken, p. 436.  Xiong, J. (2006). Essential Bioinformatics. Cambridge University Press, New York, p. 352.  PSI-PRED: http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/psiform.html  Quick2D (MPI Toolkit): http://toolkit.tuebingen.mpg.de/quick2_d  Modeller: http://salilab.org/modeller/  Modeller (GeneSilico): https://genesilico.pl/toolkit/unimod?method=Modeller  Swiss-Model: http://swissmodel.expasy.org/  GenTHREADER: http://bioinf.cs.ucl.ac.uk/psipred/psiform.html  PHYRE: http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/~phyre/index.cgi  GeneSilico MetaServer: https://www.genesilico.pl/meta2/  3D-Jury: http://meta.bioinfo.pl/submit_wizard.pl  Rosetta@home: http://boinc.bakerlab.org/rosetta/  CASP: http://predictioncenter.org/index.cgi Reference 39/39Predikce proteinové struktury