GeNMR

GeNMR-metodens flödesschema

Exempel på GeNMR-utgångssida

GeNMR-metoden (GENera NMR-strukturer) är den första helt automatiserade mallbaserade metoden för bestämning av proteinstruktur som använder både NMR- kemiska skift och NOE -baserade avståndsbegränsningar.

Utöver det mallbaserade tillvägagångssättet erbjuder GeNMR-webbservern också ett ab initio- proteinvikningsläge som startar vikning från en utökad struktur. GeNMR-webbservern producerar en ensemble av PDB-koordinater inom en period som sträcker sig från 20 minuter till 4 timmar, beroende på proteinstorlek, serverbelastning, kvalitet och typ av experimentell information och valda protokollalternativ. GeNMR-webbservern består av två delar, ett front-end webbgränssnitt (skrivet i Perl och HTML) och en back-end bestående av åtta olika program för anpassning, strukturgenerering och strukturoptimering tillsammans med tre lokala databaser.

Inmatning

GeNMR accepterar och bearbetar 1H, 13C eller 15N kemiska skiftdata för ryggrad och sidokedjor av nästan vilken kombination som helst (endast HA, endast HN, HA+HN endast, HA+HN+sidokedja H, endast CA, endast CA+CB, CA+CO endast, HA+CA+CB, HN+CA+CB, HN+15N endast, HN,+15N+CA, HN+15N+CA+CB, etc.). Detta tillåter GeNMR att hantera små peptider (där endast H-skift vanligtvis mäts) till stora proteiner (där endast N- eller C-skift kan vara tillgängliga). Indatafilerna måste innehålla kemiska skiftdata i NMR-STAR 2.1-format och avståndsbegränsningar i XPLOR / CNS - format ( se mer info här ). Minsta sekvenslängd är 30 rester.

Produktion

Utdata för en typisk GeNMR-strukturberäkning består av en användardefinierad uppsättning PDB-koordinater med lägsta energi i ett enkelt, nedladdningsbart textformat. Dessutom finns detaljer om den övergripande energipoängen (före och efter energiminimering) och kemiska skiftkorrelationer (mellan de observerade och beräknade skiftningarna) överst på utdatasidan. Om poängen inte sjunker under en viss tröskel, skrivs en varning ut överst på sidan.

Underprogram

Ett flödesschema som beskriver bearbetningslogiken som används i GeNMR visas till höger. GeNMR använder sig av ett antal välkända program och databaser. Dessa inkluderar Proteus2 för att utföra strukturell modellering, PREDITOR för att beräkna torsionsvinklar från kemiska skift, PPT-DB för jämförande modellering och anpassning och CS23D för att beräkna proteinstrukturer endast från kemiska skift. GeNMR använder också flera välkända externa program, inklusive Rosetta för ab initio- vikning utan NOE och XPLOR-NIH för NOE-baserad simulerad glödgning och förfining. En mer komplett lista över GeNMR-underprogram finns på CS23D- sidan.

Homologimodellering

GeNMR använder homologimodellering och sekvens/strukturtrådning för att snabbt generera en förstapassagemodell av frågeproteinet. Användningen av homologimodellering/trådning i GeNMR tillåter en avsevärd hastighet upp i dess strukturberäkningar eftersom homologimodeller ofta kan genereras och förfinas på en minut eller två.

Genetisk algoritm

GeNMR använder också genetiska algoritmer för att möjliggöra konfigurationsprovtagning och strukturell förfining med icke-differentierbara poäng, såsom ShiftX kemiska skiftpoäng. GeNMR:s genetiska algoritm skapar en population av initiala strukturer och använder sedan kombinationer av mutationer, överkorsningar, segmentbyten och vridningsrörelser för att heltäckande prova konformationsutrymme. De 25 strukturerna med lägst energi väljs sedan ut, dupliceras och förs till nästa omgång av konformationsprovtagning.

Poängfunktioner

De potentiella funktionerna som används i GeNMR härleds från de som används i CS23D och Proteus2 . De kunskapsbaserade potentialerna inkluderar information om förutsagd/känd sekundär struktur, gyrationsradie, vätebindningsenergier, antal vätebindningar, tillåtna ryggrads- och sidokedjetorsionsvinklar, atomkontaktradier (bump checks), disulfidbindningsinformation och en modifierad gängning energi baserad på Bryant och Lawrence potential . Den kemiska skiftkomponenten i GeNMR-potentialen använder viktade korrelationskoefficienter beräknade mellan de observerade och SHIFTX -beräknade skiftningarna av strukturen som förfinas.

Beräkningsscenarier

Det finns sex olika typer av beräkningsscenarier som GeNMR för närvarande kan ta emot. Dessa scenarier inkluderar:

Endast kemiskt skift—fråga har homolog i databasen;
Endast kemiskt skift—fråga har ingen homolog i databasen;
Endast NOE—frågan har homolog i databasen;
Endast NOE—frågan har ingen homolog i databasen;
NOE och kemiskt skift—fråga har homolog i databasen;
NOE och kemiskt skift—fråga har ingen homolog i databasen.

Se även