transmembrane protein, topology, topology prediction, database, knowledge base
Discipline
Bioinformatics (Council of Medical and Biological Sciences)
100 %
Panel
Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent
Institute of Molecular Life Sciences (Research Center of Natural Sciences)
Participants
Kozma, Dániel Magyar, Csaba Simon, István Solt, Iván Tüdős, Éva
Starting date
2009-02-01
Closing date
2012-03-31
Funding (in million HUF)
0.994
FTE (full time equivalent)
4.78
state
closed project
Summary in Hungarian
Az eddig meghatározott genomok szekvencia analízise azt mutatja, hogy a transzmembrán fehérjék teszik ki a genomban kódolt fehérjék negyedét. Ezek a fehérjék az élő szervezet sok fontos funkciójában vesznek részt az információ áramlástól (receptorok) kezdve az anyagcsere folyamatokig (transzporterek), az energiatermelő folyamatoktól (fotoszintézis fehérjéi, ATP szintetáz) a mozgásig (ioncsatornák). A kereskedelemben használt gyógyszerek többsége transzmembrán fehérjéken fejti ki hatását. A transzmembrán fehérjék szerkezet meghatározása fizikai-kémiai és molekuláris biológiai eszközökkel rendkívül költséges, munkaidő igényes, sőt számos esetben a jelenlegi eszközökkel lehetetlen. Ezért ezeknek a fehérjéknek az elméleti szerkezet vizsgálata, valamint az eddig feltárt információk racionális adatbázisba való szervezése rendkívül fontos mind az alapkutatások, mind alkalmazott kutatások területén. Eddigi munkánk során, mind a transzmembrán fehérjék szerkezet becslése, mind adatbázis szerkesztésben jelentős eredményeket értünk el. A jelen pályázatban ezeket a munkákat szeretnénk folytatni, olyan új szerkezet becslő módszerek kidolgozásával, amelyek sikeresen integrálják az egyes fehérjékről megszerzett információkat a szerkezet becslés modern statisztikai és bioinformatikai eszközeivel, illetve amelyekkel a transzmembán fehérjék membránban elfoglalt helyét atomi szinten meg tudjuk határozni. Eközben folytatni kívánjuk a transzmembrán fehérjék topológiájára vonatkozó információk további gyűjtését az irodalomból, valamint különböző adatbázisok feldolgozásával. Továbbá szeretnénk feltérképezni a transzmembrán fehérjékben levő ún. rendezetlen szakaszokat, amelyek a genom szekvenálások tanulsága szerint a fehérjék mintegy felében megtalálhatók, és fontos szerepet töltenek be az intermolekuláris kapcsolatok kialakításában, ezért elsősorban receptor fehérjékben várjuk a jelenlétüket.
Summary
Sequence analysis of the newly sequenced genomes showed that about 25% of the proteins, coded by the genom are transmembrane proteins. These proteins play significant roles in lots of important functions in living organisms: from information transfer (receptors) to metabolism (transporters) and from generating energy (photosynthesis, ATP synthetase) to moving (ion channels). Most of the commercially available drugs act on transmembrane proteins. Structure determination of transmembrane proteins by physico-chemical or molecular biological means is very expensive, time-consuming and in many cases impossible. Therefore, the theoretical structure analysis of these proteins and the organization of the available information to rational databases are very important tasks for both basic and applied research. During our earlier research projects, we have achieved significant results both in the area of structure prediction of transmembrane proteins and in database organization. We would like to continue these projects in the current proposal by developing new structure prediction methods, which successfully integrate the information gathered on proteins, applying modern statistical and bioinformatical means that are capable to determine the membrane embedded parts of transmembrane proteins in atomic level. We would like to continue the collection of topology information on transmembrane proteins from literature and through the comparison of various databases. Furthermore, we would like to map intrinsically unstructured segments in transmembrane proteins, which are found in more than half of the proteins, according to the genom sequencing projects. These segments play important roles in intermolecular interactions, therefore they may appear more frequently in receptors.
Final report
Results in Hungarian
A projekt során elkészítettük a TOPDB adatbázis új web interfészét meghajtó programkönyvtárat (Xbuilder), továbbá módosítottuk a HMMTOP transzmembrán topológia becslő algoritmust oly módon, hogy a meghatározott topológiai kísérleti adatokat, még ha azok ellentmondóak is, figyelembe tudja venni a topológia becslés során. A HMMTOP algoritmusról, annak helyes használatáról, valamint a módosításokról az ebben az időben készült, felkérésre írt könyvfejezetben részletesen is írtunk, valamint a módosított algoritmust – egy amerikai csoporttal együttműködésben - sikeresen alkalmaztuk egy eddig még ismeretlen topológiájú fehérje, a SLC20A1 jelű foszfát transzporter fehérje topológia becsléséhez. Az erről készült munkánk a J. Biol. Chem. folyóiratban publikáltuk.
A transzmembrán fehérjék membránban való pontos helyzetének a meghatározásához szükséges új eljárás kidolgozása az APBS eljárás felhaszálásával számos problémába ütköztünk és míg ezeken dolgoztunk Callenberg és mtsi közöltek egy cikket, amelyben az általunk felvetett és megoldani kívánt problémát nagyon részletesen leírták, és megoldották.
A transzmembán fehérjék szerkezetvizsgálatához kidolgoztunk egy eljárást, amely az XBuilder programcsomagot használva lehetővé teszi a fehérjékben levő atomi kontaktus vizsgálatát, illetve a különböző kontaktus becslő módszerek eredményeinek a tesztelését. Ez a munkánk a Nucleic Acids Research 2012-es adatbázis különszámában jelenik meg.
Results in English
We have developed the XBuilder program library which is planned to be the engine of the new TOPDB web interface. We have modified the HMMTOP algorithm in a way that it can incorporate the results of various experiments as constraints during the prediction. We were invited to write a review, where the main aspects and usage of HMMTOP algorithm together with these modifications have been discussed. Using this modified version of HMMTOP – cooperating with a group from the NIH - we have successfully predicted and established the topology of the SLC20A1 phosphate transporter. This work has been published in the J. Biol. Chem.
During the course of developing a new algorithm to determine the membrane localization of transmembrane proteins by the APBS methods, we have faced to several problems, and while we try to solve them, Callenberg etal come in a solution to these problems.
For investigating the structure and atomic contacts in transmembrane proteins we have developed a new web interface, called CMWeb, which utilize the XBuilder program library. This web interface can be used for analyzing and visualizing residue-residue contacts in proteins as well as to benchmark test the results of various contact prediction methods. This work is published in the 2012 NAR Database issue.
Tusnády GE and Simon I: Helical Transmembrane Protein Topology Prediction: How Far Have We Reached?, Curr Protein Pept Sci, 11, 550-61., 2010
Tusnády GE and Simon I: Shedding light on transmembrane topology, Shedding light on transmembrane topology, Protein Structure Prediction: Method and Algorithms , 107-136., 2010
Tusnády GE and Simon I: Resource for structure related information on transmembrane proteins, Structural Bioinformatics of Membrane Proteins, 45-59., 2010
