homology modeling in de praktijk

Homology Modeling Homology Modeling in de praktijkin de praktijk

Voor de medicus/bioloog….

of zelfs….

4 niveau’s voor visualisatie….

MSASTQTNEFLSPEVFQHIWDFLEQPICSVQPIDLNFVDEPSEDGATNKIEISMDCIRMQDSDLSDMWPQYTNLGLLNSMDQQIQNGSSSTSPYNTDHAQNSVTAPSPYAQPSSTFDALSPSPAIPSNTDYPGPHSFDVSFQQSSTAKSATWTYSTELKKLYCQIAKTCPIQIKVMTPPPQGAVIRAMPVYKKAEHVTEVVKRCPNHELSREFNEGQIAPPSHLIRVEGNSHAQYVEDPITGRQSVLVPYEPPQVGTEFTTVLYNFMCNSSCVGGMNRRPILIIVTLETRDGQVLGRRCFEARICACPGRDRKADEDSIRKQQVSDSTKNGDGTKRPFRQNTHGIQMTSIKKRRSPDDELLYLPVRGRETYEMLLKIKESLELMQYLPQHTIETYRRVIDAVRFTLRQTISFPPRDEWNDFNFDMDARRNKQQRIKEEGE

Primair Secundair Tertiair Quaternair

Soms is er meer detail nodig……..

MAEKGDCIASVYGYDLGGRFVDFQPLGFGVNGLVLSAVDSRACRKVAVKKIALSDARSMKHALREIKIIRRLDHDNIVKVYEVLGPKGTDLQGELFKFSVAYIVQEYMETDLARLLEQGTLAEEHAKLFMYQLLRGLKYIHSANVLHRDLPANIFISTEDLVLKIGDFGLARIVDQHYSHKGYLSEGLVTKWYRSPRLLLSPNNYTKAIDMWAAGCILAEMLTGRMLFAGAHELEQMQLLETIPVIREEDKDELLRVMPSFVSSTWEVKRPLRKLLPEVN

??

Protein complex

3D structure

-Structuur van het eiwit

-Visualisatieprogramma

-Kennis


BLAST tegen PDB

SPAIPSNTDYPGPHSFDVSFQQSSTAKSATWSSSVPSQKTYQGSYGFRLGFLHSGTAKSVTC

GAVIRAMPVYKKAEHVTEVVKRCPNHELSREGTRVRAMAIYKQSQHMTEVVRRCPHHERCSD

Sequentie: Structuur:

Bekende structuur


BLAST tegen PDBSPAIPSNTDYPGPHSFDVSFQQSSTAKSATW--------EFLKSSRLTVDS---VDAKATPF

GAVIRAMPVYKKAEHVTEVVKRCPNHELSREALKMRAMP-----EFLCMNWLNSDDMELS--

Onbekende structuur

Gemodelleerde structuurHomologe structuur

Gebruik de homologe structuur om de onbekende structuur te modeleren

Model!

1: Template recognition and initial alignment

2: Alignment correction

3: Backbone generation

4: Loop modeling

5: Sidechain modeling

6: Model optimization

7: Model validation

Homology Modeling:

“Prediction of structure based

upon a highly similar structure”

8: Iteration

8: Iteration

8: Iteration

8: Iteration

En dan begint het pas echt….want met een structuur kun je:

De werkelijkheid verklaren:

•Mutant-analyse

•Ligand interacties

•Complexvorming

Experimenteel design

Nieuwe voorspellingen doen

Veel verschillende projecten:

Afdeling eiwit Actie

Celbiologie EGF-receptoren Modeleren, Ligand bindings-studie

Organische chemie CalB Opzetten experiment

Eukaryote Microbiologie, Groningen Pyruvaat carboxylase Modeleren, opzetten hypothesis

Klinische Chemie HFE, Hepcidine Mutatie studie, modeleren

Membraan Biochemie Aquaporine Interactie studie

Membraan Biochemie Trpm6 Modeleren, mutant en interactie studie

Antropogenetica Catechol methyltransferase Modeleren, mutant studie

Antropogenetica Estrogen receptor Modeleren, mutant studie

Biomoleculaire chemie Alcam Modeleren, interaction studie en suggesties voor experiment

Immunologie, UMC Utrecht FcReceptors Modeleren, opzetten hypothese en experiment

Interne geneeskunde Dectin Modeleren, mutant studie

Centrale Hematologie Factor VIII Modeleren, mutant studie

Gasteroenterologie & Hepatologie PRKCSH, SEC63 Modeleren, mutant studie

Centrum voor Mitochondriele ziekten Complex 1 Modeleren, suggesties experiment

Zie ook: www.cmbi.ru.nl/hvensela

Voorbeeld: Mutanten in de estrogen-receptor, leiden tot doofheid

Afdeling:Antropogenetica

V133L

L138P

L111P

Geaccepteerd in American Journal of Human Genetics

TKIVSYLLVAEPDKLYAMPPPGMPEGDIKALTTLCDLADRELVVIIGWAKHIPGFSSLSLGDQMSLLQSAWMEILILGIVYRSLPYDDKLVYAEDYIMDEEHSRLAGLLELYRAILQLVRRYKKLKVEKEEFVTLKALALANSDSMYIEDLEAVQKLQDLLHEALQDYELSQRHEEPWRTGKLLLTLPLLRQTAAKAVQHFYSVKLQGKVPMHKLFLEMLEA

L183P

TfR1

β2M

HFE

TfR1 -

L183

P183

Voorbeeld: Mutanten in HFE protein leiden tot erfelijke ijzerstapelingsziekten

Afdeling: Klinische Chemie

Geaccepteerd in Blood, Cells, Molecules and Disease

Voorbeeld: C-terminale deletie van 10 aa in Dectine

Afdeling: Interne geneeskunde of Internal Medicine

>Dectin_1_Isoform_a MEYHPDLENLDEDGYTQLHFDSQSNTRIAVVSEKGSCAASPPWRLIAVILGILCLVILVIAVVLGTMAIWRSNSGSNTLENGYFLSRNKENHSQPTQSSLEDSVTPTKAVKTTGVLSSPCPPNWIIYEKSCYLFSMSLNSWDGSKRQCWQLGSNLLKIDSSNELGFIVKQVSSQPDNSFWIGLSRPQTEVPWLWEDGSTFSSNLFQIRTTATQENPSPNCVWIHVSVIYDQLCSVPSYSICEKKFSM

N

NN

H

PPd

Iets heel anders…..experimental design voor Organische chemie

Aanbrengen van een Palladium-atoom in Cal B voor verder onderzoek

(AHA)CalB

Waar?

4 mutanten om uit te proberen:

• V221

• V149

• L147

• L219

Voorbeeld: Suggestie voor mutanten die de Alcam-dimeer verstoren

Afdeling: Biomoleculaire Chemie

ATOM 1 N GLN A 117 -42.882 10.838 12.153 1.00 58.09 N ATOM 2 CA GLN A 117 -42.770 10.783 10.668 1.00 58.36 C ATOM 3 C GLN A 117 -41.435 11.371 10.185 1.00 57.07 C ATOM 4 O GLN A 117 -41.264 12.582 10.210 1.00 57.81 O ATOM 5 CB GLN A 117 -43.966 11.532 10.028 1.00 59.40 C ATOM 6 CG GLN A 117 -45.344 10.768 10.084 1.00 62.58 C ATOM 7 CD GLN A 117 -45.254 9.261 9.651 1.00 67.37 C ATOM 8 OE1 GLN A 117 -44.260 8.554 9.948 1.00 68.20 O ATOM 9 NE2 GLN A 117 -46.304 8.778 8.955 1.00 67.47 N ATOM 10 N SER A 118 -40.488 10.545 9.741 1.00 54.71 N ATOM 11 CA SER A 118 -39.144 11.089 9.506 1.00 52.44 C ATOM 12 C SER A 118 -38.389 10.616 8.251 1.00 50.58 C ATOM 13 O SER A 118 -38.692 9.566 7.734 1.00 50.83 O ATOM 14 CB SER A 118 -38.317 10.815 10.736 1.00 52.75 C ATOM 15 OG SER A 118 -38.273 9.437 10.917 1.00 53.04 O ATOM 16 N CYS A 119 -37.428 11.398 7.755 1.00 48.00 N ATOM 17 CA CYS A 119 -36.748 11.070 6.507 1.00 46.41 C ATOM 18 C CYS A 119 -35.339 10.829 6.835 1.00 45.44 C ATOM 19 O CYS A 119 -34.845 11.360 7.805 1.00 45.36 O ATOM 20 CB CYS A 119 -36.721 12.232 5.504 1.00 45.97 C ATOM 21 SG CYS A 119 -38.275 12.940 5.114 1.00 47.29 S ATOM 22 N LEU A 120 -34.657 10.098 5.972 1.00 44.91 N

Translational science: van lab naar PC en weer terug….

MAEKGDCIASVYGYDLGGRFVDFQPLGFGVNGLVLSAVDSRACRKVAVKKIALSDARSMKHALREIKIIRRLDHDNIVKVYEVLGPKGTDLQGELFKFSVAYIVQEYMETDLARLLEQGTLAEEHAKLFMYQLLRGLKYIHSANVLHRDLPANIFISTEDLVLKIGDFGLARIVDQHYSHKGYLSEGLVTKWYRSPRLLLSPNNYTKAIDMWAAGCILAEMLTGRMLFAGAHELEQMQLLETIPVIREEDKDELLRVMPSFVSSTWEVKRPLRKLLPEVN

??Lab BioinformaticsTranslation

Zonder structuur toch een antwoord…

•Transmembraan voorspelling

L Q

E R

-Verstoring helix interacties in membraan

-Verstoring verankering in membraan

•Secondaire structuur voorspelling


L naar P in helix


•Gebruik helical wheel:

A->S

•Patronen zoeken: G-X-G(A)-X-X-G = ATP binding motif

•Algemene kennis: PX, GX etc.

•Simpele weergave van eiwitten kan, maar voor meer details is echt een 3D-structuur nodig

•3D-structuren haal je uit de PDB of maak je jezelf met Homology Modeling

•Met een structuur kun je de realiteit verklaren maar ook nieuwe voorspellingen doen en experimenten opzetten

•Zelfs zonder structuur is er soms nog wel iets te zeggen over mutanten door andere servers en algemen kennis te gebruiken

•In veel verschillende onderzoeksgebieden kunnen structuren een uitkomst bieden, overal kom je eiwitten tegen….

Conclusie

homology modeling in de praktijk

Documents