IntFOLD: an integrated server for modelling protein structures and functions from amino acid sequences

IntFOLD is an independent web server that integrates our leading methods for structure and function prediction. The server provides a simple unified interface that aims to make complex protein modelling data more accessible to life scientists. The server web interface is designed to be intuitive and integrates a complex set of quantitative data, so that 3D modelling results can be viewed on a single page and interpreted by non-expert modellers at a glance. The only required input to the server is an amino acid sequence for the target protein. Here we describe major performance and user interface updates to the server, which comprises an integrated pipeline of methods for: tertiary structure prediction, global and local 3D model quality assessment, disorder prediction, structural domain prediction, function prediction and modelling of protein-ligand interactions. The server has been independently validated during numerous CASP (Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction) experiments, as well as being continuously evaluated by the CAMEO (Continuous Automated Model Evaluation) project. The IntFOLD server is available at: http://www.reading.ac.uk/bioinf/IntFOLD/

In silico identification and characterization of protein-ligand binding sites

Protein–ligand binding site prediction methods aim to predict, from amino acid sequence, protein–ligand interactions, putative ligands, and ligand binding site residues using either sequence information, structural information, or a combination of both. In silico characterization of protein–ligand interactions has become extremely important to help determine a protein’s functionality, as in vivo-based functional elucidation is unable to keep pace with the current growth of sequence databases. Additionally, in vitro biochemical functional elucidation is time-consuming, costly, and may not be feasible for large-scale analysis, such as drug discovery. Thus, in silico prediction of protein–ligand interactions must be utilized to aid in functional elucidation. Here, we briefly discuss protein function prediction, prediction of protein–ligand interactions, the Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction (CASP) and the Continuous Automated EvaluatiOn (CAMEO) competitions, along with their role in shaping the field. We also discuss, in detail, our cutting-edge web-server method, FunFOLD for the structurally informed prediction of protein–ligand interactions. Furthermore, we provide a step-by-step guide on using the FunFOLD web server and FunFOLD3 downloadable application, along with some real world examples, where the FunFOLD methods have been used to aid functional elucidation.

Refolded dengue virus type 2 NS1 protein expressed in Escherichia coli preserves structural and immunological properties of the native protein

The dengue virus NS1 protein has been shown to be a protective antigen under different experimental conditions but the recombinant protein produced in bacterial expression systems is usually not soluble and loses structural and immunological features of the native viral protein In the present study, experimental conditions leading to purification and refolding of the recombinant dengue virus type 2 (DENV-2) NS1 protein expressed in Escherichia coil are described The refolded recombinant protein was recovered as heat-stable soluble dimers with preserved structural features, as demonstrated by spectroscopic methods In addition, antibodies against epitopes of the NS1 protein expressed in eukaryotic cells recognized the refolded protein expressed in E coli but not the denatured form or the same protein submitted to a different refolding condition Collectively, the results demonstrate that the recombinant NS1 protein preserved important conformation and antigenic determinants of the native virus protein and represents a valuable reagent either for the development of vaccines or for diagnostic methods. (C) 2010 Elsevier B V All rights reserved

Sequence and Structural Analysis of the 5 ` Noncoding Region of Hepatitis C Virus in Patients With Chronic Infection

Hepatitis C virus (HCV), exhibits considerable genetic diversity, but presents a relatively well conserved 5 ` noncoding region (5 ` NCR) among all genotypes. In this study, the structural features and translational efficiency of the HCV 5 ` NCR sequences were analyzed using the programs RNAfold, RNAshapes and RNApdist and with a bicistronic dual luciferase expression system, respectively. RNA structure prediction software indicated that base substitutions will alter potentially the 5 ` NCR structure. The heterogeneous sequence observed on 5 ` NCR led to important changes in their translation efficiency in different cell culture lines. Interactions of the viral RNA with cellular transacting factors may vary according to the cell type and viral genome polymorphisms that may result in the translational efficiency observed. J. Med. Virol. 81: 1212-1219, 2009. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Bothrops moojeni myotoxin-II, a Lys49-phospholipase A(2) homologue: An example of function versatility of snake venom proteins

MjTX-II, a myotoxic phospholipase A(2) (PLA(2)) homologue from Bothrops moojeni venom, was functionally and structurally characterized. The MjTX-II characterization included: (i) functional characterization (antitumoral, antimicrobial and antiparasitic effects); (ii) effects of structural modifications by 4-bromophenacyl bromide (BPB), cyanogen bromide (CNBr), acetic anhydride and 2-nitrobenzenesulphonyl fluoride (NBSF); (iii) enzymatic characterization: inhibition by low molecular weight heparin and EDTA; and (iv) molecular characterization: cDNA sequence and molecular structure prediction. The results demonstrated that MjTX-II displayed antimicrobial activity by growth inhibition against Escherichia coli and Candida albicans, antitumoral activity against Erlich ascitic tumor (EAT), human breast adenocarcinoma (SK-BR-3) and human T leukemia cells (JURKAT) and antiparasitic effects against Schistosoma mansoni and Leishmania spp., which makes MjTX-II a promising molecular model for future therapeutic applications, as well as other multifunctional homologous Lys49-PLA(2)S or even derived peptides. This work provides useful insights into the structural determinants of the action of Lys49-PLA2 homologues and, together with additional strategies, supports the concept of the presence of others bioactive sites distinct from the catalytic site in snake venom myotoxic PLA(2)s. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Using genetic algorithm to design protein sequence

In this work, genetic algorithms concepts along with a rotamer library for proteins side chains are used to optimize the tertiary structure of the hydrophobic core of Cytochrome b(562) starting from the known PDB structure of its backbone which is kept fixed while the side chains of the hydrophobic core are allowed to adopt the conformations present in the rotamer library. The atoms of the side chains forming the core interact via van der Waals energy. Besides the prediction of the native core structure, it is also suggested a set of different amino acid sequences for this core. Comparison between these new cores and the native are made in terms of their volumes, van der Waals energies values and the numbers of contacts made by the side chains forming the cores. This paper proves that genetic algorithms area efficient to design new sequence for the protein core. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

O uso de rede neural artificial MLP na predição de estruturas secundárias de proteínas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Alternativas para redução de efeitos de multicolinearidade em modelos de avaliação de efeitos genéticos em bovinos de corte

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

On the impact of disproportional samples in credit scoring models: An application to a Brazilian bank data

Statistical methods have been widely employed to assess the capabilities of credit scoring classification models in order to reduce the risk of wrong decisions when granting credit facilities to clients. The predictive quality of a classification model can be evaluated based on measures such as sensitivity, specificity, predictive values, accuracy, correlation coefficients and information theoretical measures, such as relative entropy and mutual information. In this paper we analyze the performance of a naive logistic regression model (Hosmer & Lemeshow, 1989) and a logistic regression with state-dependent sample selection model (Cramer, 2004) applied to simulated data. Also, as a case study, the methodology is illustrated on a data set extracted from a Brazilian bank portfolio. Our simulation results so far revealed that there is no statistically significant difference in terms of predictive capacity between the naive logistic regression models and the logistic regression with state-dependent sample selection models. However, there is strong difference between the distributions of the estimated default probabilities from these two statistical modeling techniques, with the naive logistic regression models always underestimating such probabilities, particularly in the presence of balanced samples. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Algoritmos evolutivos e modelo HP para predição de estruturas de proteínas

Predição de estruturas de proteínas (PSP) é um problema computacionalmente complexo. Modelos simplificados da molécula proteica (como o Modelo HP) e o uso de Algoritmos Evolutivos (AEs) estão entre as principais técnicas investigadas para PSP. Entretanto, a avaliação de uma estrutura representada pelo Modelo HP considera apenas o número de contatos hidrofóbicos, não possibilitando distinguir entre estruturas com o mesmo número de contatos hidrofóbicos. Neste trabalho, é apresentada uma nova formulação multiobjetivo para PSP em Modelo HP. Duas métricas são avaliadas: o número de contatos hidrofóbicos e a distância entre os aminoácidos hidrofóbicos, as quais são tratados pelo AE Multiobjetivo em Tabelas (AEMT). O algoritmo mostrou-se rápido e robusto.

Wilmstumor- und Metanephrogenese: differenzielle Genexpressionsanalysen und weitere Charakterisierung identifizierter Kandidatengene

In der vorliegenden Dissertation wurden verschiedene Kandidatengene für den Wilmstumor (WT), eine Tumorerkrankung der Niere, identifiziert und charakterisiert. Da dieses frühkindliche Malignom aus einer inkorrekt ablaufenden Metanephrogenese resultiert, wurden die Genexpressionsmuster verschiedener humaner Wilmstumor- und Normalnierengewebe (adulte sowie fetale Niere) mit Hilfe der Technik des differential display verglichen und die als differenziell exprimiert identifizierten Gene kloniert und charakterisiert. Bei TM7SF1 handelt es sich um ein neues Gen, dessen Transkription im Zuge der Metanephrogenese angeschaltet wird. Das von ihm codierte putative Protein kann aufgrund von Strukturvorhersagen vermutlich zur Familie G Protein-gekoppelter Rezeptoren gezählt werden. Die ableitbare Funktion als Signalmolekül der Nierenentwicklung, sowie seine Lokalisation in einem WT-Lokus (1q42-q43) machen TM7SF1 zu einem aussichtsreichen Kandidatengen für den WT. Darüber hinaus konnten die Voraussetzungen für funktionelle Tests, die eine weitere Charakterisierung von TM7SF1 erlauben, geschaffen werden (Identifikation und Klonierung des murinen Homologen, stabil überexprimierende WT-Zelllinien, Antikörper gegen den Aminoterminus des putativen Proteins). Mit TCF2 wurde ein weiteres Gen identifiziert, dessen Produkt in Prozessen der Metanephrogenese eine Rolle spielt. Die signifikante Herunterregulation der TCF2-Expression in der großen Mehrzahl der untersuchten WTs, die innerhalb der vorliegenden Arbeit gezeigte Regulation durch das WT1-Genprodukt, sowie seine genomische Lokalisation in einem Intervall für die familiäre Form des WT (FWT1 in 17q12-q21) zeigen das Potenzial von TCF2, als Kandidatengen für den FWT zu gelten. Darüber hinaus wurde mit GLI3 ein in verschiedenen WTs stark exprimiertes Gen identifiziert. Sein Produkt ist eine Komponente des entwicklungsbiologisch relevanten und in verschiedene Tumorerkrankungen involvierten sonic hedgehog-Signaltransduktionsweges. Mit FE7A3 und CDT151 konnten zwei differenziell exprimierte cDNAs identifiziert werden, die Teile neuer Gene darstellen und die in WT-Loci kartiert werden konnten. Aufgrund von Homologievergleichen im Bereich der identifizierten offenen Leserahmen konnte eine mögliche Bedeutung der putativen Genprodukte für die WT-Pathogenese als Zelladhäsionsmolekül (FE7A3) bzw. als mit der Proliferation assoziiertem Transkriptionsfaktor (CDT151) herausgearbeitet werden. Neben den komparativen Genexpressionsuntersuchungen wurde in einem zweiten Ansatz die transkriptionelle Regulation des einzigen bisher klonierten Wilmstumorgens (WT1) analysiert. Mit Hilfe vergleichender Reportergenanalysen in WT1-exprimierenden und nicht-exprimierenden Zelllinien konnten neue für die transkriptionelle Regulation von WT1 relevante Bereiche identifiziert werden. Darüber hinaus wurde der für die Transkriptionsfaktoren SP1 und SP3 an anderen Promotoren beschriebene funktionelle Antagonismus für die WT1-Expression untersucht und in Gelretardationsanalysen mit dem WT1-Expressionsstatus oben genannter Zelllinien korreliert.

3D-Cryo-Elektronenmikroskopie des 4x6-Hämocyanins der Vogelspinne Eurypelma californicum unter Oxy- und Deoxybedingungen

Arthropodenhämocyanine und Molluskenhämocyanine, die extrazellulären Atmungsproteine der Arthropoden und Mollusken, unterscheiden sich grundsätzlich im Aufbau, besitzen aber ähnliche aktive Zentren, welche in ihrer oxydierten Form für die Blaufärbung der Hämocyanine verantwortlich sind. Sauerstoff wird im Bindungszentrum zwischen zwei, von sechs Histidinen ligandierten, Kupfer(I)Ionen gebunden. Arthropodenhämocyanine bauen sich artspezifisch aus 1, 2, 4, 6, oder 8 Hexameren mit D3-Symmetrie auf. Die Untereinheiten von je ca. 75 kDa falten sich in drei Domänen unterschiedlicher Funktionen. Der komplexe, hierarchische Zusammenbau der Arthropodenhämocyanine hängt von der Heterogenität der Untereinheiten ab. Die 7 verschieden Sequenzen des 4x6-Hämocyanins von Eurypelma californicum (EcHc) sind biochemisch in der Quartärstruktur lokalisiert. Bislang fehlte noch ein unabhängig erstelltes 3D-Modell der geometrischen Gesamtstruktur welche die hexamere und monomere Topographie eindeutig zeigt. Dessen Erstellung war Gegenstand dieser Arbeit, in Verbindung mit der Zielsetzung, die 3D-Rekonstruktion in den beiden extremen physiologischen Zuständen, mit und ohne gebundenen Sauerstoff, zu erzeugen. Dazu wurden in einer eigens entwickelten Atmosphären-Präparationskammer die Proteine in Lösung schockgefrorenen und mittels Cryo-3D-Elektronenmikroskopie gemessen. Aus den daraus gewonnen Projektionsbildern ließen sich mit der ”Single Particle Analyse“ die 3D-Informationen zurückberechnen. Die 3D-Rekonstruktionen wurden mit der publizierten Röntgenkristallstruktur des hexameren Referenz-Hämocyanins der Languste Panulirus interruptus verifiziert. Die Rekonstruktionen erlaubten die eindeutige Messung diverser in der Literatur diskutierter Parameter der Architektur des 4x6-EcHc und darüber hinaus weiterer geometrischer Parameter, welche hier erstmals veröffentlicht werden. SAXS-Daten sagen extreme Translationen und Rotationen von Teilquartärstrukturen zwischen oxy- und deoxy-EcHc voraus, was von den 3D-Rekonstruktionen der beiden Zustände nicht bestätigt werden konnte: Die 16 Å Rekonstruktion der Deoxyform weicht geometrisch nicht von der 21 Å Rekonstruktion der Oxyform ab. Die Einpassung der publizierten Röntgenstruktur der Untereinheit II des Hämocyanin des Pfeilschwanzkrebses Limulus polyphemus in die Rekonstruktionen unterstützt eine auf der hexameren Hierarchieebene lokalisierte Dynamik der Oxygenierung. Mittels Einpassung modellierter molekularer Strukturen der EcHc-Sequenzen konnte eine erste Vermutung zur Lokalisation der beiden zentralen Linker-Untereinheiten b und c des 4x6-Moleküls gemacht werden: Demnach würde Untereinheit b in den exponierten Hexameren des Moleküls liegen. Aussagen über die Quartärstrukturbindungen auf molekularer Ebene aufgrund der Einpassung modellierter molekularer Daten in die Rekonstruktionen sind als spekulativ einzustufen: a) Die Auflösung der Rekonstruktion ist verbesserungswürdig. b) Es gibt keine adäquate Vorlage für eine verlässliche Strukturvorhersage; die verschiedenen EcHc-Sequenzen liegen nur als Modellierung vor. c) Es wäre eine flexible Einpassung notwendig, um Ungenauigkeiten in den modellierten Strukturen durch Sekundärstrukturanpassung zu minimieren.

Funktionelle Analyse von intrazellulären Signalwegen bei der Migration der embryonalen peripheren Gliazellen von Drosophila melanogaster

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Signalwege untersucht, die an der Migration der embryona-len peripheren Gliazellen (ePG) beteiligt sind. Der Fokus lag dabei auf Myoblast city (Mbc). Zunächst wurden dazu unterschiedliche mbc Mutanten analysiert, bei denen es zu starken glialen Migrationsdefekten kommt. Um die auftretenden Phänotypen quantitativ zu analysieren, wurde eine Methode entwickelt um die Position der Pionierglia ePG9 zu bestimmen. Dies ermöglicht es, auch sehr subtile gliale Migrationsphänotypen zu detektieren. Durch knock-down Experimente konnte gezeigt werden, dass Mbc eine zellautonome Rolle bei der glialen Migration spielt. Besonders interessant ist die Tatsache, dass während der Migration der ePG eine alternativ gespleißte Isoform benötigt wird, die bisher kaum untersucht wurde. Durch Strukturvorhersagen konnte gezeigt werden, dass sich der Bereich in dem sich die beiden Isoformen unterscheiden, in einer Region liegt, die sich zu HEAT-repeats faltet. Mbc-PB scheint somit über einen Bereich zu verfügen, der im Vergleich zu Mbc-PA, zusätzliche Interaktionen erlaubt. Zudem scheint es mehrere Phosphorylierungsstellen zu geben, die für die Inaktivierung von Mbc-PB notwendig sind. Die Kinase Wallenda konnte als Kandidat identifiziert werden, der für die Phosphorylierung von Mbc-PB verantwortlich ist. Weitere Experimente zeigten eine einen zellautonomen Einfluss von Mbc-PB auf ePG7, die indirekt die Migration der Pionierglia ePG9 beeinflusst.