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I-TASSER ( I terative Threading ASSE mbly R efinement) es un método bioinformático para predecir el modelo de estructura tridimensional de moléculas de proteínas a partir de sec...

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I-TASSER ( I terative Threading ASSE mbly R efinement) es un método bioinformático para predecir el modelo de estructura tridimensional de moléculas de proteínas a partir de secuencias de aminoácidos. [1] Detecta plantillas de estructura del Protein Data Bank mediante una técnica llamada reconocimiento de pliegues (o threading ). Los modelos de estructura de longitud completa se construyen reensamblando fragmentos estructurales a partir de plantillas de threading utilizando simulaciones de Monte Carlo de intercambio de réplicas . I-TASSER es uno de los métodos de predicción de estructura de proteínas más exitosos en los experimentos CASP de toda la comunidad .

I-TASSER se ha ampliado para realizar predicciones de funciones proteicas basadas en la estructura, lo que proporciona anotaciones sobre el sitio de unión del ligando , la ontología génica y la puesta en funcionamiento de enzimas mediante la comparación estructural de los modelos estructurales de la proteína diana con las proteínas conocidas en las bases de datos de funciones proteicas. [2] [3] Tiene un servidor en línea integrado en el Laboratorio Yang Zhang de la Universidad de Michigan , Ann Arbor , que permite a los usuarios enviar secuencias y obtener predicciones de estructura y función. Un paquete independiente de I-TASSER está disponible para su descarga en el sitio web de I-TASSER.

Clasificación en CASP

I-TASSER (como 'Zhang-Server') ha sido clasificado constantemente como el mejor método en CASP , un experimento a nivel comunitario para evaluar los mejores métodos de predicción de estructuras en el campo del plegamiento de proteínas y la predicción de la estructura de proteínas . CASP se lleva a cabo cada dos años desde 1994. [4]

  • Nº 1 en CASP7 (2006) [5]
  • Nº 1 en CASP8 (2008): Clasificación oficial de CASP8 (164 objetivos)
  • Nº 2 en CASP9 (2010): Clasificación oficial de CASP9 (147 objetivos)
  • Nº 1 en CASP10 (2012): ranking oficial de CASP10 (127 objetivos)
  • Nº 1 en CASP11 (2014): ranking oficial de CASP11 (126 objetivos)
  • Nº 1 en CASP12 (2016): Clasificación oficial de CASP12 (96 objetivos)
  • Nº 1 en CASP13 (2018): ranking oficial de CASP13 (112 objetivos)
  • Nº 1 en CASP14 (2020): ranking oficial de CASP14 (96 objetivos)

Método y canalización

I-TASSER es un método basado en plantillas para la predicción de la estructura y la función de las proteínas. [1] El proceso consta de seis pasos consecutivos:

  • 1. Predicción de la estructura secundaria por PSSpred
  • 2. Detección de plantillas mediante LOMETS [6]
  • 3. Ensamblaje de la estructura del fragmento mediante simulación de Monte Carlo de intercambio de réplicas [7]
  • 4. Selección de modelos mediante la agrupación de señuelos de estructura utilizando SPICKER [8]
  • 5. Refinamiento de la estructura a nivel atómico mediante simulación de dinámica molecular guiada por fragmentos (FG-MD) [9] o ModRefiner [10]
  • 6. Anotación de funciones de biología basada en la estructura por COACH [11]

Servidor en línea

El servidor I-TASSER permite a los usuarios generar automáticamente predicciones de la estructura y función de las proteínas.

  • Aporte
    • Obligatorio:
      • Secuencia de aminoácidos con una longitud de 10 a 1.500 residuos.
    • Opcional (el usuario puede proporcionar opcionalmente restricciones y plantillas para ayudar al modelado de I-TASSER):
      • Restricciones de contacto
      • Mapas de distancias
      • Inclusión de plantillas especiales
      • Exclusión de plantillas especiales
      • Estructuras secundarias
  • Producción
    • Predicción de estructura:
      • Predicción de la estructura secundaria
      • Predicción de la accesibilidad de los disolventes
      • Las 10 mejores alineaciones de roscado de LOMETS
      • Los 5 mejores modelos atómicos de longitud completa (clasificados según la densidad de agrupamiento)
      • Las 10 principales proteínas en PDB que son estructuralmente más cercanas a los modelos previstos
      • Precisión estimada de los modelos previstos (incluido un puntaje de confianza de todos los modelos, un puntaje TM previsto y RMSD para el primer modelo y un error por residuo de todos los modelos)
      • Estimación del factor B
    • Predicción de funciones:
      • Clasificación de enzimas (CE) y puntuación de confianza
      • Términos de ontología genética (GO) y el puntaje de confianza
      • Sitios de unión de ligandos y puntuación de confianza
      • Una imagen de los sitios de unión del ligando previstos

Suite independiente

La suite I-TASSER es un paquete descargable de programas informáticos independientes, desarrollado por el Laboratorio Yang Zhang para la predicción y el refinamiento de la estructura de las proteínas, y para las anotaciones de funciones de proteínas basadas en la estructura. [12] A través de la licencia I-TASSER, los investigadores tienen acceso a los siguientes programas independientes:

  • I-TASSER: un paquete I-TASSER independiente para la predicción y refinamiento de la estructura 3D de proteínas.
  • COACH: Un programa de anotación de funciones basado en COFACTOR, TM-SITE y S-SITE.
  • COFACTOR: Un programa para la predicción del sitio de unión del ligando, número EC y término GO.
  • TM-SITE: un enfoque basado en la estructura para la predicción del sitio de unión del ligando.
  • S-SITE: un enfoque basado en secuencias para la predicción del sitio de unión del ligando.
  • LOMETS: Un conjunto de programas de subprocesamiento instalados localmente para el reconocimiento de plegamientos de proteínas en meta-servidores.
  • MUSTER: Un programa de subprocesamiento para identificar plantillas de una biblioteca de estructura de proteínas no redundante.
  • SPICKER: Un programa de agrupamiento para identificar modelos de proteínas casi nativos a partir de señuelos estructurales.
  • HAAD: Un programa para agregar rápidamente átomos de hidrógeno a las estructuras de átomos pesados ​​de las proteínas.
  • EDTSurf: Un programa para construir superficies trianguladas de moléculas de proteínas.
  • ModRefiner: un programa para construir y refinar modelos de proteínas a nivel atómico a partir de trazas de C-alfa.
  • NW-align: un programa robusto para alineaciones de secuencias de proteínas mediante el algoritmo Needleman-Wunsch .
  • PSSpred: Un programa de alta precisión para la predicción de la estructura secundaria de proteínas.
  • Biblioteca: Biblioteca de plantillas estructurales y funcionales de I-TASSER actualizada semanalmente y de libre acceso para los usuarios de I-TASSER.

Documentos de ayuda

  • Las instrucciones sobre cómo descargar e instalar I-TASSER Suite se pueden encontrar en README.txt.

Referencias

  1. ^ ab Roy A, Kucukural A, Zhang Y (2010). "I-TASSER: una plataforma unificada para la predicción automatizada de la estructura y función de las proteínas". Nature Protocols . 5 (4): 725– 738. doi :10.1038/nprot.2010.5. PMC  2849174 . PMID  20360767.
  2. ^ Roy A, Yang J, Zhang Y (2012). "COFACTOR: Un algoritmo comparativo preciso para la anotación de la función de las proteínas basada en la estructura". Nucleic Acids Research . 40 (número del servidor web): W471 – W477 . doi :10.1093/nar/gks372. PMC 3394312 . PMID  22570420.  
  3. ^ Zhang C, Freddolino PL, Zhang Y (2017). "COFACTOR: predicción mejorada de la función de las proteínas mediante la combinación de información sobre la estructura, la secuencia y la interacción proteína-proteína". Nucleic Acids Research . 45 (W1): W291 – W299 . doi :10.1093/nar/gkx366. PMC 5793808 . PMID  28472402.  
  4. ^ Moult, J; et al. (1995). "Un experimento a gran escala para evaluar los métodos de predicción de la estructura de las proteínas" (PDF) . Proteínas . 23 (3): ii– iv. doi :10.1002/prot.340230303. PMID  8710822.
  5. ^ Battey, JN; et al. (2007). "Predicciones automatizadas de servidor en CASP7". Proteins . 69 (Supl 8): 68– 82. doi : 10.1002/prot.21761 . PMID  17894354.
  6. ^ Wu S, Zhang Y (2007). "LOMETS: Un servidor de metaprocesamiento local para la predicción de la estructura de proteínas". Nucleic Acids Research . 35 (10): 3375– 3382. doi :10.1093/nar/gkm251. PMC 1904280 . PMID  17478507. 
  7. ^ Swendsen RH, Wang JS (1986). "Réplica de la simulación de Monte Carlo de vidrios de espín". Physical Review Letters . 57 (21): 2607– 2609. doi :10.1103/physrevlett.57.2607. PMID  10033814.
  8. ^ Zhang Y, Skolnick J (2004). "SPICKER: un enfoque de agrupamiento para identificar plegamientos de proteínas casi nativos". Journal of Computational Chemistry . 25 (6): 865– 871. doi :10.1002/jcc.20011. PMID  15011258.
  9. ^ Zhang J, Liang Y, Zhang Y (2011). "Refinamiento de la estructura de proteínas a nivel atómico mediante muestreo de conformación de dinámica molecular guiado por fragmentos". Structure . 19 (12): 1784– 1795. doi :10.1016/j.str.2011.09.022. PMC 3240822 . PMID  22153501. 
  10. ^ Xu D, Zhang Y (2011). "Mejora del realismo físico y la precisión estructural de los modelos proteicos mediante una minimización de la energía a nivel atómico en dos pasos". Revista biofísica . 101 (10): 2525– 2534. doi :10.1016/j.bpj.2011.10.024. PMC 3218324 . PMID  22098752. 
  11. ^ Yang J, Roy A, Zhang Y (2013). "Reconocimiento del sitio de unión proteína-ligando mediante comparación de subestructuras específicas de unión complementaria y alineación de perfiles de secuencia". Bioinformática . 29 (20): 2588– 2595. doi :10.1093/bioinformatics/btt447. PMC 3789548 . PMID  23975762. 
  12. ^ Yang J, Roy A, Zhang Y (2015). "El conjunto I-TASSER: predicción de la estructura y función de las proteínas". Nature Methods . 12 (1): 7– 8. doi :10.1038/nmeth.3213. PMC 4428668 . PMID  25549265. 
  • Página de inicio del servidor I-TASSER
  • El laboratorio de Yang Zhang
  • Página de inicio de CASP
  • Cómo utilizar el servidor I-TASSER en línea para predecir la estructura y función de las proteínas
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