Ocena jakości modeli strukturalnych białek w oparciu o podobieństwo strukturalne i semantyczny opis funkcji w ontologii GO

Transkrypt

1 Ocena jakości modeli strukturalnych białek w oparciu o podobieństwo strukturalne i semantyczny opis funkcji w ontologii GO Bogumil Konopka 1, Jean-Christophe Nebel 2, Malgorzata Kotulska 1 * 1 Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Instytut Inżynierii Biomedycznej i Pomiarowej 2 Kingston University, aculty of Computing Information Systems and Mathematics, UK

2 Plan prezentacji Czym są programy MQA? Proponowany algorytm oceny jakości Relacja struktura3d/funkcja białek Walidacja narzędzia Slajd 2

3 Czym są programy MQA Model Quality Assessment - definicja problemu Programy MQA szacują jakość modeli białek, których struktura nie jest znana. Obraz uzyskany w PyMOL Slajd 3

4 Określenie jakości modelu Główne założenie: Istnieje silny związek pomiędzy funkcją i strukturą białka STRUKTURA UNKCJA Slajd 4

5 Określenie jakości modelu Sekwencja aminokwasowa unkcja Slajd 5a

6 Określenie jakości modelu Sekwencja aminokwasowa unkcja Model 3D białka Slajd 5b

7 Określenie jakości modelu Sekwencja aminokwasowa unkcja Model 3D białka Białka podobne (poszukiwania w bazie danych) (L. Holm, C. Sander 1993) unkcje białek (terminy GO) Slajd 5c

8 Określenie jakości modelu Sekwencja aminokwasowa unkcja (Nat. Genet.. May 2000;25(1):25-9) Model 3D białka Gene Ontology Białka podobne (poszukiwania w bazie danych) (L. Holm, C. Sander 1993) unkcje białek (terminy GO) X Slajd 5d

9 Określenie jakości modelu Sekwencja aminokwasowa unkcja (Nat. Genet.. May 2000;25(1):25-9) Model 3D białka Gene Ontology ( J. Z. Wang,et. al 2007) Białka podobne (poszukiwania w bazie danych) (L. Holm, C. Sander 1993) unkcje białek (terminy GO) X Slajd 5e

10 Określenie jakości modelu Sekwencja aminokwasowa unkcja (Nat. Genet.. May 2000;25(1):25-9) Model 3D białka Gene Ontology ( J. Z. Wang,et. al 2007) Białka podobne (poszukiwania w bazie danych) (L. Holm, C. Sander 1993) unkcje białek (terminy GO) X Slajd 5f

11 Określenie jakości modelu Prawdziwy pozytywny struktura jest podobna do modelu i ma funkcję zbliżoną do funkcji celu przewidywania ałszywy pozytywny struktura jest podobna do modelu, lecz funkcja jest różna niż funkcja celu przewidywań Slajd 6

12 Określenie jakości modelu Prawdziwy pozytywny struktura jest podobna do modelu i ma funkcję zbliżoną do funkcji celu przewidywania ałszywy pozytywny struktura jest podobna do modelu, lecz funkcja jest różna niż funkcja celu przewidywań Podobieństwo funkcji > wartość progowa Podobieństwo funkcji < wartość progowa Slajd 6

13 Określenie jakości modelu Sekwencja aminokwasowa unkcja (Nat. Genet.. May 2000;25(1):25-9) Model 3D białka Gene Ontology ( J. Z. Wang,et. al 2007) Białka podobne (poszukiwania w bazie danych) (L. Holm, C. Sander 1993) unkcje białek (terminy GO) X Slajd 5g

14 Określenie jakości modelu Sekwencja aminokwasowa unkcja (Nat. Genet.. May 2000;25(1):25-9) Model 3D białka Gene Ontology ( J. Z. Wang,et. al 2007) Krzywe dla wszystkich wartości progowych Białka podobne (poszukiwania w bazie danych) (L. Holm, C. Sander 1993) unkcje białek (terminy GO) X Slajd 5h

15 Określenie jakości modelu AUC calculated at different similarity tresholds AUC Similarity treshold 1py6a.pdb_pdb90 Pole pod krzywą jest miarą jakości badanego modelu Slajd 7

16 GOBA GeneOntology-Based Assessment Proponowane miary jakości meta_auc meta_auc_y uwzględnia stopień podobieństwa strukturalnego poszczególnych sąsiadów strukturalnych meta_auc2 uwzględnia ogólny poziom podobieństwa sąsiadów strukturalnych Slajd 8

17 GOBA GeneOntology-Based Assessment Walidacja narzędzia modele idealne Cele CASP8 71 spośród 121 znana funkcja Zbadano idealne modele struktury natywne Modele idealne - wyniki uzyskane przez struktury natywne Czestotliwość Less More Przedziały meta_auc Meta_AUC Meta_AUCsr = SD = Slajd 9

18 Analiza związku struktura 3D/funkcja w białkach Relacja podobieństwa strukturalnego i funkcyjnego 1.2 Podobieństwo semantyczne funkcji Podobieństwo strukturalne DALI Z- Score Pearson s R = Slajd 10

19 GOBA GeneOntology-Based Assessment Walidacja narzędzia predykcje CASP8 Analizie poddano: modeli* 27 różnych celów (31) Punkt odniesienia obiektywna miara jakości GDT_TS (A.Zemla, 2003) *Modele pobrano z Slajd 11

20 GOBA GeneOntology-Based Assessment Walidacja narzędzia predykcje CASP8 Walidacja aplikacji oraz miary "meta_auc" meta_auc meta_auc GDT_TS Pearson s R = Slajd 12

21 GOBA GeneOntology-Based Assessment Walidacja narzędzia predykcje CASP8 Korelacja stworzonych miar z GDT_TS, obliczona dla modeli poszczególnych celów meta_auc correlations distribution meta_aucy correlation distribution requency requency R Bins R Bins Rsr = Rsr = Slajd 13

22 GOBA GeneOntology-Based Assessment Walidacja narzędzia predykcje CASP8 meta_auc correlations distribution meta_auc2 correlations distribution requency requency R Bins R Bins Rsr = Rsr = Slajd 14

23 Podsumowanie Stworzono aplikację (GOBA) szacującą jakość modeli strukturalnych białek. Narzędzie poprawnie rozpoznaje idealne modele: Średni wynik Dla najlepszej testowanej miary uzyskano dodatnią korelację wyników z obiektywną miarą jakości - R = 0.51 Dla badanej grupy białek, na podstawie podobieństwa funkcyjnego dwóch cząsteczek można wyznaczyć górną graniczną wartość ich podobieństwa strukturalnego. Slajd 15

24 Ocena jakości modeli strukturalnych białek w oparciu o podobieństwo strukturalne i semantyczny opis funkcji w ontologii GO Bogumil Konopka 1, Jean-Christophe Nebel 2, Malgorzata Kotulska 1 * 1 Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Instytut Inżynierii Biomedycznej i Pomiarowej 2 Kingston University, aculty of Computing Information Systems and Mathematics, UK

25 Slajdy dodatkowe

26 Opracowane miary jakości meta_auc meta_aucy meta_auc2 x= 1 P total y= 1 TP total x= 1 P total y=z sc 1 TP total AUC 2 = AUC max Z max Z median Z

27 Analiza związku struktura 3D/funkcja w białkach Wpływ wielkości białka na związek struktura/funkcja Wpływ stopnia uszczegółowienia opisu funkcj białka na relację struktura/funkcja Pearson's R Pearson's R Długość łańcuch aminokwasowego Liczba przypisanych terminów GO

28 Procedura oceny DALI Distance matrix alignement Obliczane są odległości między atomami C α Opierając się na odległościach można zindetyfikować: Struktury drugorzędowe (SS) Odziaływania pomiędzy SS Metoda umożliwia wyszukiwanie podobjeństw między białkami, bezwzględu na skład aminokwasowy L.Holm, C. Sander, Protein Structure Comparison by Alignment of Distance Matrices, J.Mol.Biol 233 p (1993)

29 Procedura oceny GO Gene Ontology Terminy GO: Cellular Component lokalizacja, Biological Process proces biologiczny, Molecular unction pełniona funkcja The Gene Ontology Consortium. Gene ontology: tool for the unification of biology. Nat. Genet.. May 2000;25(1):25-9.

30 Procedura oceny Model 3D DALI Terminy GO sąsiadów strukturalnych Terminy GO celu Krzywe ROC