Формирование | 2010 |
---|---|
Цель | Разработка и распространение надежной стратегии определения функции ферментов |
Штаб-квартира | Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн |
Главный исследователь | Джон А. Герлт, Доктор философии |
Бюджет | Пятилетний NIGMS Glue Grant |
Веб-сайт | www.enzymefunction.org |
Инициатива ферментной функции ( EFI ) - это крупномасштабный совместный проект, направленный на разработку и распространение надежной стратегии определения функции фермента с помощью интегрированного подхода, основанного на структуре последовательности. Проект был профинансирован в мае 2010 года Национальным институтом общих медицинских наук в качестве гранта, который поддерживает исследования сложных биологических проблем, которые не могут быть решены одной исследовательской группой. EFI в значительной степени был вызван необходимостью разработки методов для определения функций огромного количества белков, обнаруженных в рамках проектов геномного секвенирования.
Резкое развитие технологии секвенирования генома привело к тому, что количество белковых последовательностей, депонированных в общедоступных базах данных, очевидно, выросло экспоненциально. Чтобы справиться с наплывом последовательностей, базы данных используют вычислительные прогнозы для автоматического аннотирования функций отдельных белков. В то время как эти вычислительные методы обладают преимуществами чрезвычайно высокой производительности и, как правило, обеспечивают точную широкую классификацию, исключительное использование привело к значительному количеству неправильных аннотаций функции ферментов в базах данных белков. Таким образом, хотя доступная в настоящее время информация представляет собой беспрецедентную возможность понять клеточный метаболизм у самых разных организмов, включая способность идентифицировать молекулы и / или реакции, которые могут улучшить качество жизни человека, потенциал не был полностью реализован. Способность биологического сообщества охарактеризовать недавно открытые белки была превзойдена скоростью секвенирования генома, и задача определения функции теперь считается ограничивающим скорость шагом в понимании биологических систем в деталях.
EFI разрабатывает основанную на интегрированной структуре последовательностей стратегию для функционального назначения путем прогнозирования субстратной специфичности неизвестных членов механистически разнообразных суперсемейств ферментов. Подход использует консервативные особенности в пределах данного суперсемейства, такие как известный химический состав, идентичность функциональных групп активного сайта и состав определяющих специфичность остатков, мотивов или структур для прогнозирования функции, но опирается на многопрофильный опыт для оптимизации, уточнить и проверить прогнозы. Интегрированная стратегия последовательностей, находящаяся в стадии разработки, будет в целом применима для расшифровки специфичности лиганда любого функционально неизвестного белка.
Согласно мандату программы NIGMS, консорциум Glue Grant должен содержать основные ресурсы и промежуточные проекты. EFI состоит из шести научных ядер, которые предоставляют биоинформатические, структурные, вычислительные знания и опыт управления данными для облегчения функционального прогнозирования ферментов с неизвестной функцией, на которые нацелена EFI. В начале гранта эти прогнозы были проверены пятью связующими проектами, представляющими суперсемейства ферментов амидогидролазы, енолазы, GST, HAD и изопреноидсинтазы. Остались три проекта моста. Кроме того, в 2014 году был добавлен пилотный проект по анаэробной энзимологии для изучения суперсемейства Radical SAM и суперсемейства Glycyl Radical Enzyme.
Ядро биоинформатики вносит свой вклад в биоинформатический анализ путем сбора и обработки полных наборов данных о последовательностях, создания сетей сходства последовательностей и классификации членов суперсемейства на подгруппы и семейства для последующий перенос аннотаций и оценка как цели для функциональной характеристики.
Белковое ядро разрабатывает стратегии клонирования, экспрессии и очистки белка для ферментов, намеченных для исследования.
Ядро структуры выполняет компонент структурной биологии для EFI, обеспечивая структуры целевых ферментов с высоким разрешением.
Вычислительное ядро выполняет in silico стыковку для создания упорядоченных по порядку списков предсказанных субстратов для целевых ферментов с использованием как экспериментально определенных, так и / или смоделированных структур белков.
Ядро микробиологии изучает функции in vivo с использованием генетических методов и метаболомики в дополнение к функциям in vitro, определенным Bridging Projects.
Ядро данных и распространения поддерживает общедоступную базу данных для экспериментальных данных (EFI-DB).
Суперсемейство энолаз содержит эволюционно связанные ферменты с (β / α) 7β-бочкообразной складкой (TIM-баррель), которые в первую очередь катализируют эпимеризацию / рацемизацию с участием металлов или β-элиминирование карбоксилатных субстратов.
Суперсемейство галоиддегидрогеназ содержит эволюционно родственные ферменты с Россманоидной α / β складкой со вставленной «кэп-областью», которые в первую очередь катализируют нуклеофильный катализ с участием металлов, чаще всего приводящий к переносу фосфорильных групп.
Суперсемейство изопреноидсинтазы (I) содержит эволюционно родственные ферменты с почти всей α-спиральной складкой и в первую очередь катализируют реакции транс-пренильного переноса с образованием удлиненных или циклизованных изопрена продуктов.
Переходный проект анаэробной энзимологии будет исследовать радикально-зависимую энзимологию, что позволяет выполнять необычные химические транс образования посредством кластера железо-сера, расщепляющего S-аденозилметионин (SAM) и получения промежуточного радикала, или, альтернативно, отщепления водорода от глицина с образованием глицильного радикала. Суперсемейства, содержащие эти ферменты, в значительной степени не исследованы и, следовательно, созрели для функциональных открытий. Приобретение трубопровода для производства анаэробного белка в сочетании с установкой анаэробной камеры уровня биобезопасности 2 для культивирования кишечных микробов человека подготовило EFI к проведению анаэробной энзимологии.
Двенадцать следователей, обладающих опытом в различных областях, составляют EFI.
Название | Учреждение | Роль |
---|---|---|
Герлт, Джон А. | Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн | Директор программы, Директор проекта Enolase Bridging Project, содиректор ядра данных и распространения |
Аллен, Карен Н. | Бостонский университет | Директор проекта HAD Bridging Project |
Алмо, Стивен К. | Медицинский колледж Альберта Эйнштейна | Директор белкового ядра и структурного ядра |
Кронан, Джон Э. | Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн | Со-директор ядра микробиологии |
Джейкобсон, Мэтью П. | Калифорнийский университет, Сан Франциско | содиректор вычислительного ядра |
Майнор, Владек | университет Вирджинии | содиректор ядра данных и распространения |
Поултер, К. Дейл | Университет Юты | Директор проекта по соединению изопреноид-синтазы |
Сали, Андрей | Калифорнийский университет, Сан-Франциско | Со-директор вычислительного ядра |
Шойхет, Брайан К. | Калифорнийский университет, Сан-Франциско | Co -Директор вычислительного ядра |
Свидлер, Джонатан В. | Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн | Со-директор ядра микробиологии |
Поллард, Кэтрин С. | Институты Гладстона | Директор экспериментального проекта по изучению семей |
Букер, Сквайр Дж. | Университет штата Пенсильвания | Директор экспериментального проекта по анаэробной энзимологии |
Основным результатом EFI является разработка и распространение интегрированной стратегии последовательности / структуры для функционального назначения. EFI теперь предлагает доступ к двум высокопроизводительным инструментам стыковки, веб-инструменту для сравнения последовательностей белков внутри целых семейств белков и веб-инструменту для составления реестра контекста генома на основе сети сходства белковых последовательностей. Кроме того, по мере разработки стратегии данные и клоны, созданные EFI, становятся свободно доступными через несколько онлайн-ресурсов.
EFI была создана в мае 2010 года с объемом финансирования в размере 33,9 миллиона долларов США. пятилетний период (номер гранта GM093342).