Hispanopedia WikiLa Iniciativa de Función Enzimática ( EFI ) es un proyecto colaborativo a gran escala que tiene como objetivo desarrollar y difundir una estrategia sólida para determinar la función enzimática a través de un enfoque integrado basado en la secuencia y la estructura. [1] El proyecto fue financiado en mayo de 2010 por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales como una subvención de apoyo que apoya la investigación de problemas biológicos complejos que no pueden ser resueltos por un solo grupo de investigación. [2] [3] La EFI fue impulsada en gran medida por la necesidad de desarrollar métodos para identificar las funciones de la enorme cantidad de proteínas descubiertas a través de proyectos de secuenciación genómica . [4]
Motivación
El espectacular aumento de la tecnología de secuenciación genómica ha provocado que el número de secuencias de proteínas depositadas en bases de datos públicas crezca aparentemente de manera exponencial. [5] Para hacer frente a la afluencia de secuencias, las bases de datos utilizan predicciones computacionales para anotar automáticamente las funciones de cada proteína. Si bien estos métodos computacionales ofrecen la ventaja de ser extremadamente productivos y, por lo general, proporcionar clasificaciones amplias y precisas, su uso exclusivo ha llevado a un nivel significativo de anotación incorrecta de la función enzimática en las bases de datos de proteínas. [6] Por lo tanto, aunque la información disponible ahora representa una oportunidad sin precedentes para comprender el metabolismo celular en una amplia variedad de organismos, lo que incluye la capacidad de identificar moléculas y/o reacciones que pueden beneficiar la calidad de vida humana, el potencial no se ha actualizado por completo. [7] La capacidad de la comunidad biológica para caracterizar las proteínas recién descubiertas ha sido superada por la tasa de secuenciación genómica, y la tarea de asignar funciones ahora se considera el paso limitante para comprender los sistemas biológicos en detalle. [8]
Estrategia integrada para la asignación funcional
El EFI está desarrollando una estrategia basada en la estructura de la secuencia integrada para la asignación funcional mediante la predicción de las especificidades del sustrato de miembros desconocidos de superfamilias de enzimas mecanísticamente diversas . [9] El enfoque aprovecha las características conservadas dentro de una superfamilia dada, como la química conocida, la identidad de los grupos funcionales del sitio activo y la composición de los residuos, motivos o estructuras que determinan la especificidad para predecir la función, pero se basa en la experiencia multidisciplinaria para agilizar, refinar y probar las predicciones. [10] [11] [12] La estrategia de secuencia integrada en desarrollo será generalmente aplicable para descifrar las especificidades del ligando de cualquier proteína funcionalmente desconocida. [9]
Organización
Por mandato del programa NIGMS, los consorcios de la subvención Glue deben contener recursos básicos y proyectos puente. [3] El EFI consta de seis núcleos científicos que proporcionan experiencia bioinformática, estructural, computacional y de gestión de datos para facilitar las predicciones funcionales de las enzimas de función desconocida a las que se dirige el EFI. Al comienzo de la subvención, estas predicciones se probaron mediante cinco proyectos puente que representan las superfamilias de enzimas amidohidrolasa, enolasa, GST, HAD e isoprenoides sintasa. Ahora quedan tres proyectos puente. [9] Además, en 2014 se agregó el Proyecto piloto de enzimología anaeróbica para explorar la superfamilia de radicales SAM y la superfamilia de enzimas de radicales glicílicos.
Núcleos científicos
El núcleo de bioinformática contribuye al análisis bioinformático mediante la recopilación y conservación de conjuntos de datos de secuencias completos, la generación de redes de similitud de secuencias y la clasificación de los miembros de la superfamilia en subgrupos y familias para su posterior transferencia de anotaciones y evaluación como objetivos para la caracterización funcional.
El núcleo proteico desarrolla estrategias de clonación, expresión y purificación de proteínas para las enzimas seleccionadas para el estudio.
El núcleo de estructura cumple con el componente de biología estructural para EFI al proporcionar estructuras de alta resolución de enzimas específicas.
El núcleo de cálculo realiza un acoplamiento in silico para generar listas ordenadas por rango de sustratos previstos para enzimas específicas utilizando estructuras de proteínas determinadas experimentalmente y/o modeladas por homología.
El núcleo de microbiología examina las funciones in vivo utilizando técnicas genéticas y metabolómica para complementar las funciones in vitro determinadas por los Proyectos Puente.
El núcleo de datos y difusión mantiene una base de datos pública para datos experimentales (EFI-DB). [13] [14]
Proyectos puente
La superfamilia de enolasas contiene enzimas relacionadas evolutivamente con un pliegue de barril (β/α)7β (barril TIM) que catalizan principalmente la epimerización/racemización asistida por metales o la β-eliminación de sustratos de carboxilato. [15]
La superfamilia de la deshidrogenasa haloácida contiene enzimas relacionadas evolutivamente con un pliegue α/β rossmanoide con una región de "tapa" insertada que cataliza principalmente la catálisis nucleofílica asistida por metales, lo que con mayor frecuencia resulta en la transferencia del grupo fosforilo. [16]
La superfamilia de la isoprenoides sintasa (I) contiene enzimas relacionadas evolutivamente con un pliegue mayoritariamente α-helicoidal y catalizan principalmente reacciones de transferencia trans-prenil para formar productos de isopreno alargados o ciclizados . [17]
El proyecto de transición de la enzimología anaeróbica explorará la enzimología dependiente de radicales, que permite la ejecución de transformaciones químicas inusuales a través de un grupo de hierro y azufre que escinde la S-adenosil metionina (SAM) y produce un intermediario radical, o alternativamente, la abstracción de un hidrógeno de la glicina produciendo un radical glicilo. Las superfamilias que contienen estas enzimas están en gran parte inexploradas y, por lo tanto, están maduras con el potencial de descubrimientos funcionales. La adquisición de una tubería de producción de proteínas anaeróbicas junto con la instalación de una cámara anaeróbica de nivel de bioseguridad 2 para cultivar microbios intestinales humanos ha preparado al EFI para dedicarse a la enzimología anaeróbica.
Investigadores participantes
El EFI está formado por doce investigadores con experiencia en diversas disciplinas. [18]
Entregables
El principal resultado del EFI es el desarrollo y la difusión de una estrategia integrada de secuencias y estructuras para la asignación funcional. El EFI ahora ofrece acceso a dos herramientas de acoplamiento de alto rendimiento, una herramienta web para comparar secuencias de proteínas dentro de familias de proteínas completas y una herramienta web para componer un inventario de contexto genómico basado en una red de similitud de secuencias de proteínas. Además, a medida que se desarrolla la estrategia, los datos y clones generados por el EFI se ponen a disposición de forma gratuita a través de varios recursos en línea. [9]
Fondos
El EFI se creó en mayo de 2010 con una financiación de 33,9 millones de dólares durante un período de cinco años (número de subvención GM093342). [19]
Referencias
- ^ "La nueva 'subvención para pegamento' del NIGMS apunta a enzimas desconocidas" (Nota de prensa). NIGMS. 20 de mayo de 2010. Archivado desde el original el 27 de abril de 2012. Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ "Subvenciones para pegamento". NIGMS. Archivado desde el original el 3 de junio de 2013. Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ ab "PAR-07-412: Premios a proyectos de colaboración a gran escala (R24/U54)". NIH/NIGMS . Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ "Investigadores reciben una subvención de 33,9 millones de dólares para estudiar las funciones enzimáticas" (Comunicado de prensa). UIUC News Bureau. 20 de mayo de 2010. Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ "Estadísticas de publicación de la base de datos de proteínas UniProtKB/TrEMBL". Base de datos de proteínas UniProtKB/TrEMBL. Archivado desde el original el 1 de octubre de 2015. Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ Schnoes, Alexandra M.; Brown, Shoshana D.; Dodevski, Igor; Babbitt, Patricia C. (2009). Valencia, Alfonso (ed.). "Error de anotación en bases de datos públicas: anotación incorrecta de la función molecular en superfamilias de enzimas". PLOS Computational Biology . 5 (12): e1000605. Bibcode :2009PLSCB...5E0605S. doi : 10.1371/journal.pcbi.1000605 . PMC 2781113 . PMID 20011109.
- ^ Saghatelian, Alan; Cravatt, Benjamín F (2005). "Asignación de función proteica en la era posgenómica". Biología Química de la Naturaleza . 1 (3): 130–42. doi :10.1038/nchembio0805-130. PMID 16408016. S2CID 86672970.
- ^ Brown, Shoshana; Gerlt, John; Seffernick, Jennifer; Babbitt, Patricia (2006). "Un conjunto de referencia de superfamilias de enzimas mecanísticamente diversas". Genome Biology . 7 (1): R8. doi : 10.1186/gb-2006-7-1-r8 . PMC 1431709 . PMID 16507141.
- ^ abcd Gerlt JA, Allen KN, Almo SC, Armstrong RN, Babbitt PC, Cronan JE, Dunaway-Mariano D, Imker HJ, Jacobson MP, Minor W, Poulter CD, Raushel FM, Sali A, Shoichet BK, Sweedler JV (22 de noviembre de 2011). "La iniciativa de la función enzimática". Bioquímica . 50 (46): 9950–62. doi :10.1021/bi201312u. PMC 3238057 . PMID 21999478.
- ^ Canción, Ling; Kalyanaraman, Chakrapani; Fedorov, Alejandro A; Fedorov, Elena V; Glasner, Margaret E; Marrón, Shoshana; Imker, Heidi J; Babbitt, Patricia C; Almo, Steven C (2007). "Predicción y asignación de función para una racemasa de N-succinil aminoácido divergente". Biología Química de la Naturaleza . 3 (8): 486–91. doi :10.1038/nchembio.2007.11. PMID 17603539. S2CID 28679225.
- ^ Hermann, Johannes C.; Marti-Arbona, Ricardo; Fedorov, Alexander A.; Fedorov, Elena; Almo, Steven C.; Shoichet, Brian K.; Raushel, Frank M. (2007). "Predicción de la actividad basada en la estructura para una enzima de función desconocida". Nature . 448 (7155): 775–779. Bibcode :2007Natur.448..775H. doi :10.1038/nature05981. PMC 2254328 . PMID 17603473.
- ^ Kalyanaraman, C; Imker, H; Fedorov, A; Fedorov, E; Glasner, M; Babbitt, P; Almo, S; Gerlt, J; Jacobson, M (2008). "Descubrimiento de una función enzimática de la epimerasa dipeptídica guiada por modelado de homología y cribado virtual". Estructura . 16 (11): 1668–77. doi :10.1016/j.str.2008.08.015. PMC 2714228 . PMID 19000819.
- ^ Pegg, Scott C.-H.; Brown, Shoshana D.; Ojha, Sunil; Seffernick, Jennifer; Meng, Elaine C.; Morris, John H.; Chang, Patricia J.; Huang, Conrad C.; Ferrin, Thomas E. (2006). "Aprovechamiento de las relaciones estructura-función de las enzimas para la inferencia funcional y el diseño experimental: la base de datos de enlaces estructura-función†". Bioquímica . 45 (8): 2545–55. doi :10.1021/bi052101l. PMID 16489747.
- ^ "Base de datos experimental EFI-DB". Iniciativa de función enzimática . Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ Gerlt, John A.; Babbitt, Patricia C.; Rayment, Ivan (2005). "Evolución divergente en la superfamilia de las enolasas: la interacción entre el mecanismo y la especificidad". Archivos de bioquímica y biofísica . 433 (1): 59–70. doi :10.1016/j.abb.2004.07.034. PMID 15581566.
- ^ Burroughs, A. Maxwell; Allen, Karen N.; Dunaway-Mariano, Debra; Aravind, L. (2006). "Genómica evolutiva de la superfamilia HAD: comprensión de las adaptaciones estructurales y la diversidad catalítica en una superfamilia de fosfoesterasas y enzimas afines". Journal of Molecular Biology . 361 (5): 1003–34. CiteSeerX 10.1.1.420.9551 . doi :10.1016/j.jmb.2006.06.049. PMID 16889794.
- ^ Christianson, David W. (2006). "Biología estructural y química de las ciclasas terpenoides". Chemical Reviews . 106 (8): 3412–42. doi :10.1021/cr050286w. PMID 16895335.
- ^ "People". Iniciativa de Función Enzimática . Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ "Evaluación de los resultados de las subvenciones Glue del NIGMS". NIGMS. Archivado desde el original el 2012-04-27 . Consultado el 2012-04-27 .
Enlaces externos
- Iniciativa de función enzimática
- Base de datos de vínculos estructura-función
- Base de datos EFI
- Consorcios de subvenciones de NIGMS Glue