Homology Modeling in de praktijk

1. Homology Modeling in de praktijk

2. 4 niveau’s voor visualisatie…. MSASTQTNEFLSPEVFQHIWDFLEQPICSVQPIDLNFVDEPSEDGATNKIEISMDCIRMQDSDLSDMWPQYTNLGLLNSMDQQIQNGSSSTSPYNTDHAQNSVTAPSPYAQPSSTFDALSPSPAIPSNTDYPGPHSFDVSFQQSSTAKSATWTYSTELKKLYCQIAKTCPIQIKVMTPPPQGAVIRAMPVYKKAEHVTEVVKRCPNHELSREFNEGQIAPPSHLIRVEGNSHAQYVEDPITGRQSVLVPYEPPQVGTEFTTVLYNFMCNSSCVGGMNRRPILIIVTLETRDGQVLGRRCFEARICACPGRDRKADEDSIRKQQVSDSTKNGDGTKRPFRQNTHGIQMTSIKKRRSPDDELLYLPVRGRETYEMLLKIKESLELMQYLPQHTIETYRRVIDAVRFTLRQTISFPPRDEWNDFNFDMDARRNKQQRIKEEGE Tertiair Primair Secundair Quaternair Voor de medicus/bioloog…. of zelfs….

3. Protein complex 3D structure Soms is er meer detail nodig…….. MAEKGDCIASVYGYDLGGRFVDFQPLGFGVNGLVLSAVDSRACRKVAVKKIALSDARSMKHALREIKIIRRLDHDNIVKVYEVLGPKGTDLQGELFKFSVAYIVQEYMETDLARLLEQGTLAEEHAKLFMYQLLRGLKYIHSANVLHRDLPANIFISTEDLVLKIGDFGLARIVDQHYSHKGYLSEGLVTKWYRSPRLLLSPNNYTKAIDMWAAGCILAEMLTGRMLFAGAHELEQMQLLETIPVIREEDKDELLRVMPSFVSSTWEVKRPLRKLLPEVN ? -Structuur van het eiwit -Visualisatieprogramma -Kennis

4. MSASTQTNEFLSPEVFQHIWDFLEQPICSVQPIDLNFVDEPSEDGATNKIEISMDCIRMQDSDLSDMWPQYTNLGLLNSMDQQIQNGSSSTSPYNTDHAQNSVTAPSPYAQPSSTFDALSPSPAIPSNTDYPGPHSFDVSFQQSSTAKSATWTYSTELKKLYCQIAKTCPIQIKVMTPPPQGAVIRAMPVYKKAEHVTEVVKRCPNHELSREFNEGQIAPPSHLIRVEGNSHAQYVEDPITGRQSVLVPYEPPQVGTEFTTVLYNFMCNSSCVGGMNRRPILIIVTLETRDGQVLGRRCFEARICACPGRDRKADEDSIRKQQVSDSTKNGDGTKRPFRQNTHGIQMTSIKKRRSPDDELLYLPVRGRETYEMLLKIKESLELMQYLPQHTIETYRRVIDAVRFTLRQTISFPPRDEWNDFNFDMDARRNKQQRIKEEGE ? BLAST tegen PDB SPAIPSNTDYPGPHSFDVSFQQSSTAKSATW --------EFLKSSRLTVDS---VDAKATPF GAVIRAMPVYKKAEHVTEVVKRCPNHELSRE ALKMRAMP-----EFLCMNWLNSDDMELS-- Onbekende structuur Gebruik de homologe structuur om de onbekende structuur te modeleren Homologe structuur Gemodelleerde structuur Structuur: Sequentie: MSASTQTNEFLSPEVFQHIWDFLEQPICSVQPIDLNFVDEPSEDGATNKIEISMDCIRMQDSDLSDMWPQYTNLGLLNSMDQQIQNGSSSTSPYNTDHAQNSVTAPSPYAQPSSTFDALSPSPAIPSNTDYPGPHSFDVSFQQSSTAKSATWTYSTELKKLYCQIAKTCPIQIKVMTPPPQGAVIRAMPVYKKAEHVTEVVKRCPNHELSREFNEGQIAPPSHLIRVEGNSHAQYVEDPITGRQSVLVPYEPPQVGTEFTTVLYNFMCNSSCVGGMNRRPILIIVTLETRDGQVLGRRCFEARICACPGRDRKADEDSIRKQQVSDSTKNGDGTKRPFRQNTHGIQMTSIKKRRSPDDELLYLPVRGRETYEMLLKIKESLELMQYLPQHTIETYRRVIDAVRFTLRQTISFPPRDEWNDFNFDMDARRNKQQRIKEEGE BLAST tegen PDB SPAIPSNTDYPGPHSFDVSFQQSSTAKSATW SSSVPSQKTYQGSYGFRLGFLHSGTAKSVTC GAVIRAMPVYKKAEHVTEVVKRCPNHELSRE GTRVRAMAIYKQSQHMTEVVRRCPHHERCSD Bekende structuur

5. 2: Alignment correction Homology Modeling: “Prediction of structure based upon a highly similar structure” 1: Template recognition and initial alignment 4: Loop modeling 3: Backbone generation 8: Iteration 8: Iteration 5: Sidechain modeling Model! 8: Iteration 8: Iteration 7: Model validation 6: Model optimization

6. En dan begint het pas echt….want met een structuur kun je: • De werkelijkheid verklaren: • Mutant-analyse • Ligand interacties • Complexvorming Nieuwe voorspellingen doen Experimenteel design

7. Veel verschillende projecten: Zie ook: www.cmbi.ru.nl/hvensela

8. Voorbeeld: Mutanten in de estrogen-receptor, leiden tot doofheid Afdeling:Antropogenetica L111P TKIVSYLLVAEPDKLYAMPPPGMPEGDIKALTTLCDLADRELVVIIGWAKHIPGFSSLSLGDQMSLLQSAWMEILILGIVYRSLPYDDKLVYAEDYIMDEEHSRLAGLLELYRAILQLVRRYKKLKVEKEEFVTLKALALANSDSMYIEDLEAVQKLQDLLHEALQDYELSQRHEEPWRTGKLLLTLPLLRQTAAKAVQHFYSVKLQGKVPMHKLFLEMLEA L138P V133L Geaccepteerd in American Journal of Human Genetics

9. Voorbeeld: Mutanten in HFE protein leiden tot erfelijke ijzerstapelingsziekten Afdeling: Klinische Chemie TfR1 - TfR1 L183 L183P HFE β2M P183 Geaccepteerd in Blood, Cells, Molecules and Disease

10. Voorbeeld: C-terminale deletie van 10 aa in Dectine Afdeling: Interne geneeskunde of Internal Medicine >Dectin_1_Isoform_a MEYHPDLENLDEDGYTQLHFDSQSNTRIAVVSEKGSCAASPPWRLIAVILGILCLVILVIAVVLGTMAIWRSNSGSNTLENGYFLSRNKENHSQPTQSSLEDSVTPTKAVKTTGVLSSPCPPNWIIYEKSCYLFSMSLNSWDGSKRQCWQLGSNLLKIDSSNELGFIVKQVSSQPDNSFWIGLSRPQTEVPWLWEDGSTFSSNLFQIRTTATQENPSPNCVWIHVSVIYDQLCSVPSYSICEKKFSM

11. Iets heel anders…..experimental design voor Organische chemie Aanbrengen van een Palladium-atoom in Cal B voor verder onderzoek Waar? ( A H A ) C a l B

14. 4 mutanten om uit te proberen: • V221 • V149 • L147 • L219

16. Voorbeeld: Suggestie voor mutanten die de Alcam-dimeer verstoren Afdeling: Biomoleculaire Chemie

17. Translational science: van lab naar PC en weer terug…. MAEKGDCIASVYGYDLGGRFVDFQPLGFGVNGLVLSAVDSRACRKVAVKKIALSDARSMKHALREIKIIRRLDHDNIVKVYEVLGPKGTDLQGELFKFSVAYIVQEYMETDLARLLEQGTLAEEHAKLFMYQLLRGLKYIHSANVLHRDLPANIFISTEDLVLKIGDFGLARIVDQHYSHKGYLSEGLVTKWYRSPRLLLSPNNYTKAIDMWAAGCILAEMLTGRMLFAGAHELEQMQLLETIPVIREEDKDELLRVMPSFVSSTWEVKRPLRKLLPEVN ? Translation Bioinformatics Lab ATOM 1 N GLN A 117 -42.882 10.838 12.153 1.00 58.09 N ATOM 2 CA GLN A 117 -42.770 10.783 10.668 1.00 58.36 C ATOM 3 C GLN A 117 -41.435 11.371 10.185 1.00 57.07 C ATOM 4 O GLN A 117 -41.264 12.582 10.210 1.00 57.81 O ATOM 5 CB GLN A 117 -43.966 11.532 10.028 1.00 59.40 C ATOM 6 CG GLN A 117 -45.344 10.768 10.084 1.00 62.58 C ATOM 7 CD GLN A 117 -45.254 9.261 9.651 1.00 67.37 C ATOM 8 OE1 GLN A 117 -44.260 8.554 9.948 1.00 68.20 O ATOM 9 NE2 GLN A 117 -46.304 8.778 8.955 1.00 67.47 N ATOM 10 N SER A 118 -40.488 10.545 9.741 1.00 54.71 N ATOM 11 CA SER A 118 -39.144 11.089 9.506 1.00 52.44 C ATOM 12 C SER A 118 -38.389 10.616 8.251 1.00 50.58 C ATOM 13 O SER A 118 -38.692 9.566 7.734 1.00 50.83 O ATOM 14 CB SER A 118 -38.317 10.815 10.736 1.00 52.75 C ATOM 15 OG SER A 118 -38.273 9.437 10.917 1.00 53.04 O ATOM 16 N CYS A 119 -37.428 11.398 7.755 1.00 48.00 N ATOM 17 CA CYS A 119 -36.748 11.070 6.507 1.00 46.41 C ATOM 18 C CYS A 119 -35.339 10.829 6.835 1.00 45.44 C ATOM 19 O CYS A 119 -34.845 11.360 7.805 1.00 45.36 O ATOM 20 CB CYS A 119 -36.721 12.232 5.504 1.00 45.97 C ATOM 21 SG CYS A 119 -38.275 12.940 5.114 1.00 47.29 S ATOM 22 N LEU A 120 -34.657 10.098 5.972 1.00 44.91 N

18. Zonder structuur toch een antwoord… -Verstoring helix interacties in membraan -Verstoring verankering in membraan • Transmembraan voorspelling E R L Q

19. Zonder structuur toch een antwoord… L naar P in helix • Secondaire structuur voorspelling

20. Zonder structuur toch een antwoord… • Gebruik helical wheel: A->S • Patronen zoeken: G-X-G(A)-X-X-G = ATP binding motif • Algemene kennis: PX, GX etc.

21. Conclusie • Simpele weergave van eiwitten kan, maar voor meer details is echt een 3D-structuur nodig • 3D-structuren haal je uit de PDB of maak je jezelf met Homology Modeling • Met een structuur kun je de realiteit verklaren maar ook nieuwe voorspellingen doen en experimenten opzetten • Zelfs zonder structuur is er soms nog wel iets te zeggen over mutanten door andere servers en algemen kennis te gebruiken • In veel verschillende onderzoeksgebieden kunnen structuren een uitkomst bieden, overal kom je eiwitten tegen….