WikiDer > Ссылка на химический сдвиг белка

Protein chemical shift re-referencing

Протеин химический сдвиг реферирование - это процесс пост-назначения корректировки назначенных химических сдвигов ЯМР для соответствия ИЮПАК и рекомендованные BMRB стандарты в белке привязка к химическому сдвигу. В ЯМР химические сдвиги обычно относятся к внутреннему стандарту, растворенному в образце ЯМР. Эти внутренние стандарты включают тетраметилсилан (ТМС), 4,4-диметил-4-силапентан-1-сульфоновая кислота (DSS) и триметилсилил пропионат (TSP). Для белка ЯМР-спектроскопия рекомендуемый стандарт DSS, который нечувствителен к изменениям pH (в отличие от TSP). Кроме того, DSS 1H сигнал может использоваться для косвенной ссылки 13C и сдвиги 15N с использованием простого расчета коэффициента [1]. К сожалению, многие биомолекулярные ЯМР-спектроскопия лаборатории используют нестандартные методы для определения 1H, 13C или 15N «нулевая точка» химический сдвиг должность. Отсутствие стандартизации затрудняет сравнение химические сдвиги для одного и того же белка в разных лабораториях. Это также затрудняет использование химические сдвиги правильно идентифицировать или назначать второстепенные конструкции или улучшить их трехмерную структуру за счет уточнения химического сдвига. Реферирование по химическому сдвигу предлагает средства для исправления этих ошибок в ссылках и стандартизации отчетности по белку. химические сдвиги по лабораториям.

Важность референсов химического сдвига ЯМР в биомолекулярном ЯМР

Неверно химический сдвиг Ссылка - особенно острая проблема в биомолекулярном ЯМР.[1] Было подсчитано, что до 20% 13C и до 35% назначений смены 15N неправильно указаны.[2][3][4] Учитывая, что структурная и динамическая информация, содержащаяся в химические сдвиги часто бывает очень тонким, очень важно, чтобы белок химические сдвиги на них следует правильно ссылаться, чтобы можно было обнаружить эти тонкие различия. По сути, проблема с химический сдвиг Ссылка исходит из того факта, что химические сдвиги представляют собой измерения относительной частоты, а не измерения абсолютной частоты. Из-за исторических проблем с химический сдвиг ссылка, химические сдвиги являются, возможно, наиболее точно измеряемыми, но наименее точно измеряемыми параметрами из всех ЯМР-спектроскопия.[5][3]

Программы для референции химического сдвига белков

Из-за масштабов и серьезности проблем с химический сдвиг ссылаясь на биомолекулярный ЯМР, был разработан ряд компьютерных программ, чтобы помочь смягчить проблему (см. Таблицу 1 для резюме). Первая программа комплексного решения химический сдвиг ошибочная ссылка в биомолекулярном ЯМР была SHIFTCOR.[2]

Таблица 1. Сводка и сравнение различных химический сдвиг программы реферирования и обнаружения неправильного назначения.[5]

Программа [Ссылка]Обнаруживает или выполняет реферирование сменыОбнаруживает грубые ошибки назначенияОбнаруживает малозаметные ошибки присваиванияОтличает ошибки присваивания от ошибок ссылокТребуется 3D-структура
CheckShift [6][7]даНетНетНетНет
AVS[8]НетдаНетНетНет
LACS [4][9]даИногдаНетНетНет
PSSI [10]даНетНетНетНет
SHIFTCOR [2]дадаИногдадада
ПАНАВ [11]дадададаНет

SHIFTCOR: программа коррекции химического сдвига на основе структуры

SHIFTCOR - это автоматизированный белок химический сдвиг программа коррекции, которая использует статистические методы для сравнения и коррекции предсказанных химических сдвигов ЯМР (полученных из трехмерной структуры белка) относительно входного набора экспериментально измеренных химических сдвигов. SHIFTCOR использует несколько простых статистических подходов и заранее определенные пороговые значения для выявления и исправления потенциальных ссылок, присвоения и опечатки. SHIFTCOR выявляет потенциальные проблемы с привязкой к химическому сдвигу, сравнивая разницу между средним значением каждого набора наблюдаемых позвоночник (1Hα, 13Cα, 13Cβ, 13CO, 15N и 1HN) сдвиги и соответствующие им предсказанные химические сдвиги. Разница между этими двумя средними значениями приводит к специфичному для ядра химический сдвиг смещение или опорные коррекции (т.е. один для 1H, один для 13C и один для 15N). Чтобы гарантировать, что определенные экстремальные выбросы не будут чрезмерно смещать эти средние значения смещения, среднее из наблюдаемых смещений рассчитывается только после исключения потенциальных неправильных назначений или опечатки.[2]

Выход SHIFTCOR

SHIFTCOR генерирует и сообщает химический сдвиг смещения или различия для каждого ядра. Результаты содержат химический сдвиг анализы (в том числе списков потенциальных неправильных назначений, оцененные ссылающиеся ошибки, предполагаемая ошибка в расчетной ссылке смещения (95% доверительный интервал), приложенный или предложено опорное смещение, коэффициенты корреляции, RMSD значения) и скорректированный BMRB отформатированный химический сдвиг файл (подробности см. на Рисунке 1).[2]

SHIFTCOR использует химический сдвиг программа расчета SHIFTX [12] для прогнозирования сдвигов 1Hα, 13Cα, 15N на основе координат трехмерной структуры анализируемого белка. Сравнивая предсказанные сдвиги с наблюдаемыми сдвигами, SHIFTCOR может точно идентифицировать химический сдвиг смещения ссылок, а также потенциальные неверные назначения. Ключевым ограничением подхода SHIFTCOR является то, что требуется, чтобы трехмерная структура целевого белка была доступна для оценки смещения эталонного химического сдвига. При условии химический сдвиг назначения обычно делаются до определения структуры, вскоре стало ясно, что для разработки требуются независимые от структуры подходы.[5]

Программы коррекции химического сдвига, не зависящие от структуры

Было разработано несколько методов, использующих оценочные (через 1H или 13C сдвигов) или предсказанного (через последовательность) содержания вторичной структуры анализируемого белка. Эти программы включают PSSI,[10] CheckShift,[6][7] LACS,[4][9] и ПАНАВ.[11] Оба PANAV <[1]> и CheckShift <http://checkshift.services.came.sbg.ac.at/> также доступны как веб-серверы.

В программах PSSI и PANAV используется вторичная структура, определяемая 1H смены (на которые почти никогда не ссылаются неправильно) для корректировки целевого белка 13C и сдвиг 15N, чтобы соответствовать вторичной структуре, производной 1H. LACS использует разницу между вторичными сдвигами 13Cα и 13Cβ относительно вторичных сдвигов 13Cα или вторичных сдвигов 13Cβ для определения опорных смещений. Более поздняя версия LACS была адаптирована для выявления неправильного определения химического сдвига 15N.[4] Эта новая версия LACS использует хорошо известную взаимосвязь между вторичными сдвигами 15N и вторичными сдвигами 13Cα и 13Cβ предыдущего остатка.[3] В отличие от LACS и PANAV / PSSI, CheckShift использует вторичную структуру, предсказанную с помощью высокопроизводительных программ прогнозирования вторичной структуры, таких как PSIPRED. [13] итеративно корректировать 13C и химические сдвиги 15N, так что их вторичные сдвиги соответствуют предсказанной вторичной структуре. Было показано, что все эти программы точно идентифицируют неверно указанные и должным образом повторные ссылки на химические сдвиги белка, депонированные в BMRB.[7][11] Обратите внимание, что и LACS, и CheckShift запрограммированы так, чтобы всегда прогнозировать одно и то же смещение для сдвигов 13Cα и 13Cβ, тогда как PSSI и PANAV не делают этого предположения. Как правило, PANAV и PSSI обычно имеют меньший спред (или среднеквадратичное отклонение) в вычисленных опорных смещениях, что указывает на то, что эти программы немного более точны, чем LACS или CheckShift. Ни LACS, ни CheckShift не могут работать с белками, которые имеют чрезвычайно большие (более 40 ppm) смещения эталонов, тогда как PANAV и PSSI, похоже, могут справиться с такими аномальными белками.[11]

В недавнем исследовании[11] а химический сдвиг Программа реферирования (PANAV) была запущена в общей сложности для 2421 записи BMRB, которые имели достаточную долю (> 80%) назначенных химических сдвигов для выполнения надежной коррекции эталонного химического сдвига. Всего было найдено 243 записи со смещением сдвигов 13Cα более чем на 1,0 ppm, 238 записей со смещением сдвигов 13Cβ более чем на 1,0 ppm, 200 записей со смещением сдвигов 13C более чем на 1,0 ppm и 137 записей со смещением сдвигов на 15N более чем 1,5 промилле. По данным этого исследования, 19,7% записей в BMRB имеют неверные ссылки. Очевидно, химический сдвиг Ссылки продолжают оставаться важной и пока нерешенной проблемой для сообщества биомолекулярных ЯМР.[5][11]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Wishart, DS; Bigam CG; Яо Дж; Абильдгаард Ф; и другие. (1995). «Определение химического сдвига 1H, 13C и 15N в биомолекулярном ЯМР». Журнал биомолекулярного ЯМР. 6 (2): 135–40. Дои:10.1007 / bf00211777. PMID 8589602.
  2. ^ а б c d е Чжан, Х; Нил С. и Уишарт Д.С. (март 2003 г.). «RefDB: база данных по химическим сдвигам белков с одинаковыми ссылками». J. Biomol. ЯМР. 25 (3): 173–195. Дои:10.1023 / А: 1022836027055. PMID 12652131.
  3. ^ а б c Wishart, DS; Дело DA (2001). Использование химических сдвигов в определении структуры макромолекул. Методы в энзимологии. 338. С. 3–34. Дои:10.1016 / с0076-6879 (02) 38214-4. ISBN 9780121822392. PMID 11460554.
  4. ^ а б c d Ван, L; Маркли Дж. Л. (2009). «Эмпирическая корреляция между вторичными химическими сдвигами 15N и 13C в основной цепи белка и ее применение для референции химического сдвига азота». Журнал биомолекулярного ЯМР. 44 (2): 95–99. Дои:10.1007 / s10858-009-9324-0. ЧВК 2782637. PMID 19436955.
  5. ^ а б c d Wishart, DS (февраль 2011 г.). «Интерпретация данных химического сдвига белков». Прогресс в спектроскопии ядерного магнитного резонанса. 58 (1–2): 62–87. Дои:10.1016 / j.pnmrs.2010.07.004. PMID 21241884.
  6. ^ а б Ginzinger, SW; Герик Ф; Coles M; Хойн V (2007). «CheckShift: автоматическая коррекция несогласованного определения химического сдвига». Журнал биомолекулярного ЯМР. 39 (3): 223–227. Дои:10.1007 / s10858-007-9191-5. PMID 17899394.
  7. ^ а б c Ginzinger, SW; Skocibusić M; Хойн V (2009). «Улучшенный CheckShift: быстрая коррекция эталонного химического сдвига с высокой точностью». Журнал биомолекулярного ЯМР. 44 (4): 207–211. Дои:10.1007 / s10858-009-9330-2. PMID 19575298.
  8. ^ Moseley, NH; Sahota G; Montelione TG (июль 2004 г.). «Программный пакет проверки назначения для оценки и представления данных назначения белкового резонанса». Журнал биомолекулярного ЯМР. 28 (4): 341–355. Дои:10.1023 / B: JNMR.0000015420.44364.06. PMID 14872126.
  9. ^ а б Ван, Л; Eghbalnia HR; Бахрами А; Маркли Дж. Л. (май 2005 г.). «Линейный анализ различий химических сдвигов углерода-13 и его применение для обнаружения и исправления ошибок в реферировании и идентификации спиновых систем». Журнал биомолекулярного ЯМР. 32 (1): 13–22. Дои:10.1007 / s10858-005-1717-0. PMID 16041479.
  10. ^ а б Ван, Y; Уишарт Д.С. (2005). «Простой метод корректировки назначений химического сдвига белков 13C и 15N с несогласованными ссылками». Журнал биомолекулярного ЯМР. 31 (2): 143–148. Дои:10.1007 / s10858-004-7441-3. PMID 15772753.
  11. ^ а б c d е ж Ван, Б; Ван И (2010). «Вероятностный подход для проверки назначений химического сдвига белка ЯМР». Журнал биомолекулярного ЯМР. 47 (2): 85–99. Дои:10.1007 / s10858-010-9407-у. PMID 20446018.
  12. ^ Нил, S; Nip AM; Zhang H; Wishart DS (июль 2003 г.). «Быстрый и точный расчет химических сдвигов белков 1H, 13C и 15N». Журнал биомолекулярного ЯМР. 26 (3): 215–240. Дои:10.1023 / А: 1023812930288. PMID 12766419.
  13. ^ McGuffin, LJ; Брайсон К; Джонс Д. Т. (2000). «Сервер прогнозирования структуры белка PSIPRED». Биоинформатика. 16 (4): 404–405. Дои:10.1093 / биоинформатика / 16.4.404. PMID 10869041.

Общие ссылки

  • Wishart, DS; Сайкс Б.Д.; Ричардс FM (1992). «Индекс химического сдвига - быстрый и простой метод определения вторичной структуры белка с помощью ЯМР-спектроскопии». Биохимия. 31 (6): 1647–1651. CiteSeerX 10.1.1.539.2952. Дои:10.1021 / bi00121a010. PMID 1737021.
  • Wishart, DS; Сайкс Б. (1994). «Индекс химического сдвига C-13 - простой метод идентификации вторичной структуры белка с использованием данных химического сдвига C-13». Журнал биомолекулярного ЯМР. 4 (2): 171–180. Дои:10.1007 / BF00175245. PMID 8019132.
  • Osapay, K; Дело DA (1994). «Анализ протонных химических сдвигов в регулярной вторичной структуре белков». Журнал биомолекулярного ЯМР. 4 (2): 215–230. Дои:10.1007 / bf00175249. PMID 8019135.
  • Гроненборн, AM; Clore GM (1994). «Идентификация N-концевых крышек спиралей с помощью химических сдвигов 13C». Журнал биомолекулярного ЯМР. 4 (3): 455–458. Дои:10.1007 / bf00179351. PMID 8019146.
  • Moseley, HN; Sahota G; Montelione GT (2004 г.). «Программный пакет проверки назначения для оценки и представления данных назначения белкового резонанса». Журнал биомолекулярного ЯМР. 28 (4): 341–355. Дои:10.1023 / B: JNMR.0000015420.44364.06. PMID 14872126.