Abstract

Sammanfattning: XtalPred är en webbserver för prediktion av proteinkristalliserbarhet. Förutsägelsen görs genom att jämföra flera egenskaper hos proteinet med fördelningar av dessa egenskaper i TargetDB och kombinera resultaten till en övergripande sannolikhet för kristallisering. XtalPred tillhandahåller: (1) en detaljerad jämförelse av proteinets egenskaper med motsvarande fördelning från TargetDB; (2) en sammanfattning av proteinegenskaper och förutsägelser som visar på problem som sannolikt kommer att uppstå under proteinkristalliseringen; (3) förutsägelser av ligander; och (4) (valfritt) listor över nära homologer från kompletta mikrobiella genomer som har större sannolikhet att kristallisera.

Tillgänglighet: XtalPred-webbservern är fritt tillgänglig för akademiska användare på http://ffas.burnham.org/XtalPred

Contact:[email protected]

1 INLEDNING

Den höga felprocenten vid experimentell bestämning av proteinstrukturer är fortfarande en av de största utmaningarna inom strukturbiologin. Uppgifter från centra för strukturell genomik (SG) visar att den totala framgångsfrekvensen i en höggenomströmningsuppställning (HT) endast har varit omkring 5 %, och även om det inte finns någon statistik tillgänglig för vanliga strukturbiologiska laboratorier, tyder anekdotiska bevis på att misslyckandefrekvensen också är mycket hög. Bioinformatiska verktyg kan hjälpa till att identifiera vilka proteiner som har störst sannolikhet att lyckas och ge förslag på möjliga ändringar för alla andra. Urval av mål med störst chans att lyckas är särskilt användbart för SG-centra, som riktar in sig på proteinfamiljer snarare än enskilda proteiner.

Relationen mellan proteiners egenskaper och deras kristalliserbarhet har undersökts av flera grupper (Bertone et al., 2001; Canaves et al., 2004; Goh et al., 2004; Oldfield et al., 2005). Traditionella laboratorier rapporterar dock endast framgångar i strukturbestämningen, vilket gör datautvinningsanalyser nästan omöjliga på grund av bristen på lämpligt balanserade datamängder med positiva och negativa uppgifter. Denna situation förändrades i och med inrättandet av Protein Structure Initiative (www.nigms.nih.gov/Initiatives/PSI), som kräver att dess medlemscentra rapporterar både framgångar och misslyckanden till en central databas, TargetDB (Chen et al., 2004). Inlärningsuppsättningar som extraherats från TargetDB har möjliggjort mer avancerade analyser (Chandonia et al., 2006; Overton och Barton, 2006; Smialowski et al., 2006), som vi utökar här med hjälp av data och insikter som härstammar från arbetet inom Joint Center for Structural Genomics (JCSG).

Vi har använt oss av den logaritmiska opinionspoolmetoden (Genest et al, 1984) för att kombinera de sannolikhetsfördelningar som beräknats för flera enskilda proteinegenskaper till en ”crystallization feasibility score” (Slabinski et al., 2007), där vi visat att vår metod avsevärt kan förbättra den totala framgångsfrekvensen vid strukturbestämning. Analyser av deponeringar i PDB (Berman et al., 2000) har bekräftat att samma proteinegenskaper också har en betydande inverkan på framgångskvoten vid standardiserad strukturbestämning som inte är av typen HT, vilket tyder på att ”kristalliseringsbarhetsresultatet” också skulle vara av stort intresse för ett brett strukturbiologiskt samfund. Sedan 2006 har vår algoritm använts framgångsrikt vid JCSG för att välja optimala mål för strukturbestämning från proteinfamiljer med ingen eller otillräcklig strukturell täckning.

Serveren XtalPred bygger på den statistiska kunskap om proteinkristallisering som PSI samlat in under de senaste sju åren och gör insikterna från HT-strukturbestämningen tillgängliga för en bred gemenskap av strukturbiologer.

2 SERVER FUNKTIONSOMRÅDE

Kristallisationsanalyser: Webbservern jämför nio biokemiska och biofysiska egenskaper hos det protein som analyseras med motsvarande sannolikhetsfördelningar från TargetDB. För varje proteinegenskap genereras en graf som visar fördelningarna av misslyckanden och framgångar i de uppsättningar som extraherats från TargetDB, interpolerade empiriska fördelningar av kristalliseringssannolikheten och proteinets positioner i dessa fördelningar (fig. 1).