Enzym Function Initiative

Enzyme Function Initiative (EFI)
Bildning	2010
Syfte	Utveckla och sprida en robust strategi för att bestämma enzymfunktion
Huvudkontor	University of Illinois, Urbana-Champaign
Huvudutredare	John A. Gerlt, Ph.D.
Budget	Femårigt NIGMS limbidrag
Hemsida	www.enzymefunction.org

Enzyme Function Initiative ( EFI ) är ett storskaligt samarbetsprojekt som syftar till att utveckla och sprida en robust strategi för att bestämma enzymfunktion genom en integrerad sekvensstrukturbaserad strategi. Projektet finansierades i maj 2010 av National Institute of General Medical Sciences som ett limbidrag som stöder forskning om komplexa biologiska problem som inte kan lösas av en enskild forskargrupp. EFI sporrades till stor del av behovet av att utveckla metoder för att identifiera funktionerna hos det enorma antalet proteiner som upptäckts genom genomiska sekvenseringsprojekt.

Motivering

Den dramatiska ökningen av genomsekvenseringsteknologi har fått antalet proteinsekvenser som deponerats i offentliga databaser att växa uppenbarligen exponentiellt. För att klara av inflödet av sekvenser använder databaser beräkningsförutsägelser för att autokommentera enskilda proteins funktioner. Även om dessa beräkningsmetoder erbjuder fördelarna med att vara extremt hög genomströmning och generellt ger exakta breda klassificeringar, har exklusiv användning lett till en betydande nivå av felannotering av enzymfunktion i proteindatabaser. Så även om den information som nu finns tillgänglig representerar en aldrig tidigare skådad möjlighet att förstå cellulär metabolism över en mängd olika organismer, vilket inkluderar förmågan att identifiera molekyler och/eller reaktioner som kan gynna mänsklig livskvalitet, har potentialen inte aktualiserats fullt ut. Det biologiska samhällets förmåga att karakterisera nyupptäckta proteiner har överträffats av takten för genomsekvensering, och uppgiften att tilldela funktion anses nu vara det hastighetsbegränsande steget för att förstå biologiska system i detalj.

Integrerad strategi för funktionsuppdrag

EFI utvecklar en integrerad sekvensstrukturbaserad strategi för funktionell tilldelning genom att förutsäga substratspecificiteterna för okända medlemmar av mekanistiskt olika enzymsuperfamiljer . Tillvägagångssättet utnyttjar bevarade egenskaper inom en given superfamilj såsom känd kemi, identiteten hos aktiva platsfunktionella grupper och sammansättningen av specificitetsbestämmande rester, motiv eller strukturer för att förutsäga funktion men förlitar sig på multidisciplinär expertis för att effektivisera, förfina och testa förutsägelserna . Den integrerade sekvensstrategin under utveckling kommer att vara allmänt tillämpbar för att dechiffrera ligandspecificiteterna för vilket funktionellt okänt protein som helst.

Organisation

Enligt NIGMS-programmandat måste Glue Grant-konsortier innehålla kärnresurser och överbryggande projekt. EFI består av sex vetenskapliga kärnor som tillhandahåller bioinformatisk, strukturell, beräknings- och datahanteringsexpertis för att underlätta funktionella förutsägelser för enzymer med okänd funktion som EFI riktar sig till. I början av anslaget testades dessa förutsägelser av fem överbryggande projekt som representerade superfamiljerna amidohydrolas, enolas, GST, HAD och isoprenoidsyntasenzym. Tre överbryggningsprojekt återstår nu. Dessutom lades Anaerobic Enzymology Pilot Project till 2014 för att utforska superfamiljen Radical SAM och Glycyl Radical Enzyme.

Vetenskapliga kärnor

Bioinformatikkärnan bidrar med bioinformatisk analys genom att samla in och kurera kompletta sekvensdatauppsättningar, generera sekvenslikhetsnätverk och klassificering av superfamiljmedlemmar i undergrupper och familjer för efterföljande annoteringsöverföring och utvärdering som mål för funktionell karakterisering.

Proteinkärnan utvecklar klonings-, uttrycks- och proteinreningsstrategier för de enzymer som är avsedda för studier.

Strukturkärnan uppfyller den strukturella biologikomponenten för EFI genom att tillhandahålla högupplösta strukturer av riktade enzymer.

Beräkningskärnan utför i silico- dockning för att generera rangordnade listor av förutspådda substrat för målinriktade enzymer med användning av både experimentellt bestämda och/eller homologimodellerade proteinstrukturer.

Den mikrobiologiska kärnan undersöker in vivo -funktioner med hjälp av genetiska tekniker och metabolomik för att komplettera in vitro- funktioner som bestäms av Bridging Projects.

Data- och spridningskärnan upprätthåller en offentlig databas för experimentella data (EFI-DB).

Överbryggande projekt

Enolas- superfamiljen innehåller evolutionärt besläktade enzymer med en (β/α)7β‑fat (TIM‑fat) veck som primärt katalyserar metallassisterad epimerisering/racemisering eller β-eliminering av karboxylatsubstrat.

Haloacid -dehydrogenas-superfamiljen innehåller evolutionärt relaterade enzymer med en Rossmanoid α/β-veckning med en insatt "cap"-region som primärt katalyserar metallassisterad nukleofil katalys, vilket oftast resulterar i fosforylgruppöverföring.

Isoprenoidsyntas (I)-superfamiljen innehåller evolutionärt besläktade enzymer med en mestadels helt α-spiralformad veckning och katalyserar primärt trans-prenylöverföringsreaktioner för att bilda förlängda eller cykliserade isoprenprodukter .

Överbryggningsprojektet Anaerobic Enzymology kommer att utforska radikalberoende enzymologi, som möjliggör exekvering av ovanliga kemiska omvandlingar via ett järn-svavelkluster som klyver S-Adenosylmetionin (SAM) och producerar en radikal intermediär, eller alternativt, abstraktion av ett väte från glycinproducerande en glycylradikal. Superfamiljerna som innehåller dessa enzymer är till stor del outforskade och därmed mogna med potential för funktionella upptäckter. Förvärvet av en anaerob proteinproduktionspipeline i kombination med installationen av en Biosafety Level 2 anaerob kammare för odling av mänskliga tarmmikrober har gjort EFI redo att bedriva anaerob enzymologi.

Deltagande utredare

Tolv utredare med expertis inom olika discipliner utgör EFI.

namn	Institution	Roll
Gerlt, John A.	University of Illinois, Urbana-Champaign	Programdirektör, chef för Enolase Bridging Project, meddirektör för Data and Disemination Core
Allen, Karen N.	Boston University	Direktör för HAD Bridging Project
Almo, Steven C.	Albert Einstein College of Medicine	Direktör för Protein Core och Structure Core
Cronan, John E.	University of Illinois, Urbana-Champaign	Meddirektör för Microbiology Core
Jacobson, Matthew P.	University of California, San Francisco	Meddirektör för Computation Core
Mindre, Wladek	University of Virginia	Meddirektör för data- och spridningskärnan
Poulter, C. Dale	University of Utah	Direktör för Isoprenoid Synthase Bridging Project
Sali, Andrej	University of California, San Francisco	Meddirektör för Computation Core
Shoichet, Brian K.	University of California, San Francisco	Meddirektör för Computation Core
Sweedler, Jonathan V.	University of Illinois, Urbana-Champaign	Meddirektör för Microbiology Core
Pollard, Katherine S.	Gladstone Institutes	Direktör för Sifting Families Pilot Project
Booker, Squire J.	Pennsylvania State University	Direktör för pilotprojektet Anaerobic Enzymology

Leveranser

EFI:s primära resultat är utveckling och spridning av en integrerad sekvens/strukturstrategi för funktionell tilldelning. EFI erbjuder nu tillgång till två dockningsverktyg med hög genomströmning, ett webbverktyg för att jämföra proteinsekvenser inom hela proteinfamiljer och ett webbverktyg för att sammanställa en genomkontextinventering baserat på ett proteinsekvenslikhetsnätverk. När strategin utvecklas görs dessutom data och kloner som genereras av EFI fritt tillgängliga via flera onlineresurser.

Finansiering

EFI grundades i maj 2010 med 33,9 miljoner USD i finansiering under en femårsperiod (bidragsnummer GM093342).

externa länkar