stringtranslate.com

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса белков

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса белков (обычно сокращенно ЯМР белков ) — это область структурной биологии, в которой ЯМР-спектроскопия используется для получения информации о структуре и динамике белков , а также нуклеиновых кислот и их комплексов. Пионерами этой области были Ричард Р. Эрнст и Курт Вютрих в ETH [1] , а также Эд Бакс , Мариус Клор , Анджела Гроненборн в NIH [ 2] и Герхард Вагнер в Гарвардском университете и другие. Определение структуры с помощью ЯМР-спектроскопии обычно состоит из нескольких фаз, каждая из которых использует отдельный набор узкоспециализированных методов. Образец подготавливается, проводятся измерения, применяются интерпретационные подходы, а структура рассчитывается и проверяется.

ЯМР включает квантово-механические свойства центрального ядра (« ядра ») атома. Эти свойства зависят от локальной молекулярной среды, и их измерение дает карту того, как атомы связаны химически, насколько близко они находятся в пространстве и как быстро они движутся относительно друг друга. Эти свойства в основе своей такие же, как те, которые используются в более привычной магнитно-резонансной томографии (МРТ) , но молекулярные приложения используют несколько иной подход, соответствующий изменению масштаба с миллиметров (представляющих интерес для рентгенологов) до нанометров (связанные атомы обычно находятся на расстоянии доли нанометра друг от друга), фактор в миллион. Это изменение масштаба требует гораздо более высокой чувствительности обнаружения и стабильности для долгосрочных измерений. В отличие от МРТ, исследования структурной биологии не генерируют изображение напрямую, а полагаются на сложные компьютерные вычисления для создания трехмерных молекулярных моделей.

В настоящее время большинство образцов исследуются в растворе в воде, но разрабатываются методы для работы и с твердыми образцами . Сбор данных основан на помещении образца внутрь мощного магнита, посылке радиочастотных сигналов через образец и измерении поглощения этих сигналов. В зависимости от окружения атомов внутри белка ядра отдельных атомов будут поглощать различные частоты радиосигналов. Кроме того, сигналы поглощения различных ядер могут быть нарушены соседними ядрами. Эта информация может быть использована для определения расстояния между ядрами. Эти расстояния, в свою очередь, могут быть использованы для определения общей структуры белка.

Типичное исследование может включать в себя то, как два белка взаимодействуют друг с другом, возможно, с целью разработки малых молекул, которые могут быть использованы для исследования нормальной биологии взаимодействия (« химическая биология ») или для предоставления возможных зацепок для фармацевтического использования ( разработка лекарств ). Часто взаимодействующая пара белков может быть идентифицирована с помощью исследований генетики человека, что указывает на то, что взаимодействие может быть нарушено неблагоприятными мутациями, или они могут играть ключевую роль в нормальной биологии «модельного» организма, такого как плодовая мушка, дрожжи, червь C. elegans или мыши. Для подготовки образца обычно используются методы молекулярной биологии для создания количеств путем бактериальной ферментации . Это также позволяет изменять изотопный состав молекулы, что желательно, поскольку изотопы ведут себя по-разному и предоставляют методы для идентификации перекрывающихся сигналов ЯМР.

Подготовка образца

Образец для ЯМР готовится в тонкостенной стеклянной трубке .

Ядерный магнитный резонанс белка выполняется на водных образцах высокоочищенного белка . Обычно образец состоит из 300–600 микролитров с концентрацией белка в диапазоне 0,1–3 миллимоль . Источник белка может быть как естественным, так и полученным в производственной системе с использованием методов рекомбинантной ДНК посредством генной инженерии . Рекомбинантно экспрессированные белки обычно легче производить в достаточном количестве, и этот метод делает возможным изотопное мечение . [ необходима цитата ]

Очищенный белок обычно растворяют в буферном растворе и доводят до желаемых условий растворителя. Образец ЯМР готовят в тонкостенной стеклянной трубке . [ необходима цитата ]

Сбор данных

Белковый ЯМР использует многомерные эксперименты ядерного магнитного резонанса для получения информации о белке. В идеале каждое отдельное ядро ​​в молекуле испытывает отдельную электронную среду и, таким образом, имеет отдельный химический сдвиг , по которому его можно распознать. Однако в больших молекулах, таких как белки, количество резонансов обычно может составлять несколько тысяч, и одномерный спектр неизбежно имеет случайные перекрытия. Поэтому проводятся многомерные эксперименты, которые коррелируют частоты отдельных ядер. Дополнительные измерения уменьшают вероятность перекрытия и имеют большее информационное содержание, поскольку они коррелируют сигналы от ядер в определенной части молекулы. Намагниченность передается в образец с помощью импульсов электромагнитной ( радиочастотной ) энергии, а между ядрами — с помощью задержек; процесс описывается так называемыми последовательностями импульсов . Последовательности импульсов позволяют экспериментатору исследовать и выбирать определенные типы связей между ядрами. Массив экспериментов ядерного магнитного резонанса, используемых на белках, делится на две основные категории — одна, где намагниченность передается через химические связи, и другая, где передача происходит через пространство, независимо от структуры связей. Первая категория используется для присвоения различных химических сдвигов конкретному ядру, а вторая в основном используется для создания ограничений расстояния, используемых при расчете структуры и при присвоении немеченому белку. [ необходима цитата ]

В зависимости от концентрации образца, магнитного поля спектрометра и типа эксперимента, один многомерный эксперимент ядерного магнитного резонанса на образце белка может занять часы или даже несколько дней, чтобы получить подходящее отношение сигнал/шум посредством усреднения сигнала и обеспечить достаточную эволюцию переноса намагниченности через различные измерения эксперимента. При прочих равных условиях, эксперименты с более высокой размерностью займут больше времени, чем эксперименты с более низкой размерностью. [ необходима цитата ]

Обычно первый эксперимент, который измеряется с меченым изотопом белком, представляет собой спектр двумерной гетероядерной одноквантовой корреляции (HSQC), где «гетероядерный» относится к ядрам, отличным от 1H. Теоретически гетероядерная одноквантовая корреляция имеет один пик для каждого H, связанного с гетероядром. Таким образом, в 15N-HSQC с меченым 15N белком ожидается один сигнал для каждого атома азота в основной цепи, за исключением пролина , который не имеет амидного водорода из-за циклической природы своей основной цепи. Дополнительные сигналы 15N-HSQC вносятся каждым остатком со связью азот-водород в его боковой цепи (W, N, Q, R, H, K). 15N-HSQC часто называют отпечатком белка, поскольку каждый белок имеет уникальный рисунок положений сигналов. Анализ 15N-HSQC позволяет исследователям оценить, присутствует ли ожидаемое количество пиков, и, таким образом, выявить возможные проблемы из-за множественных конформаций или неоднородности образца. Относительно быстрый эксперимент с гетероядерной одноквантовой корреляцией помогает определить осуществимость последующих более длительных, более дорогих и более сложных экспериментов. Невозможно назначить пики конкретным атомам только из гетероядерной одноквантовой корреляции. [ необходима цитата ]

Задание резонанса

Для анализа данных ядерного магнитного резонанса важно получить резонансное назначение для белка, то есть выяснить, какой химический сдвиг соответствует какому атому. Обычно это достигается последовательным обходом с использованием информации, полученной из нескольких различных типов экспериментов ЯМР. Точная процедура зависит от того, помечен ли белок изотопами или нет, поскольку многие эксперименты по назначению зависят от углерода-13 и азота-15. [ необходима цитата ]

Сравнение спектров COSY и TOCSY 2D для аминокислоты, такой как глутамат или метионин . TOCSY показывает диагональные кросс-пики между всеми протонами в спектре, но COSY имеет кросс-пики только между соседями.

Гомоядерный ядерный магнитный резонанс

С немеченым белком обычная процедура заключается в регистрации набора двумерных гомоядерных экспериментов ядерного магнитного резонанса с помощью корреляционной спектроскопии (COSY), несколько типов которой включают обычную корреляционную спектроскопию, полную корреляционную спектроскопию (TOCSY) и ядерную спектроскопию эффекта Оверхаузера (NOESY). [3] [4] Двумерный эксперимент ядерного магнитного резонанса создает двумерный спектр. Единицами обеих осей являются химические сдвиги. COSY и TOCSY передают намагниченность через химические связи между соседними протонами. Обычный эксперимент корреляционной спектроскопии способен передавать намагниченность только между протонами на соседних атомах, тогда как в эксперименте полной корреляционной спектроскопии протоны способны передавать намагниченность, поэтому она передается между всеми протонами, которые связаны соседними атомами. Таким образом, в обычной корреляционной спектроскопии альфа-протон передает намагниченность бета-протонам, бета-протоны переносят альфа- и гамма-протоны, если таковые присутствуют, затем гамма-протон передает бета- и дельта-протонам, и процесс продолжается. В полной корреляционной спектроскопии альфа и все другие протоны способны передавать намагниченность бета-, гамма-, дельта-, эпсилон-протонам, если они связаны непрерывной цепочкой протонов. Непрерывная цепочка протонов является боковой цепью отдельных аминокислот . Таким образом, эти два эксперимента используются для построения так называемых спиновых систем, то есть построения списка резонансов химического сдвига протона пептида, альфа-протонов и всех протонов из боковой цепи каждого остатка . Какие химические сдвиги соответствуют каким ядрам в спиновой системе, определяется связями обычной корреляционной спектроскопии и тем фактом, что различные типы протонов имеют характерные химические сдвиги. Чтобы соединить различные спиновые системы в последовательном порядке, необходимо использовать эксперимент по ядерной спектроскопии эффекта Оверхаузера. Поскольку этот эксперимент переносит намагниченность через пространство, он покажет кросс-пики для всех протонов, которые находятся близко в пространстве, независимо от того, находятся ли они в одной и той же спиновой системе или нет. Соседние остатки изначально близки в пространстве, поэтому назначения могут быть сделаны по пикам в NOESY с другими спиновыми системами. [ необходима цитата ]

Одной из важных проблем при использовании гомоядерного ядерного магнитного резонанса является перекрытие пиков. Это происходит, когда разные протоны имеют одинаковые или очень похожие химические сдвиги. Эта проблема становится больше по мере увеличения размера белка, поэтому гомоядерный ядерный магнитный резонанс обычно ограничивается небольшими белками или пептидами. [ необходима цитата ]

Ядерный магнитный резонанс азота-15

Наиболее часто выполняемый эксперимент 15N — это 1 H- 15 N HSQC. Эксперимент очень чувствителен и поэтому может быть выполнен относительно быстро. Он часто используется для проверки пригодности белка для определения структуры с помощью ЯМР, а также для оптимизации условий образца. Это один из стандартных наборов экспериментов, используемых для определения структуры раствора белка. HSQC может быть дополнительно расширен до трех- и четырехмерных экспериментов ЯМР, таких как 15 N-TOCSY-HSQC и 15 N-NOESY-HSQC. [5]

Схема HNCA и HNCOCA для четырех последовательных остатков. Измерение азота-15 перпендикулярно экрану. Каждое окно сфокусировано на химическом сдвиге азота этой аминокислоты. Последовательное назначение выполняется путем сопоставления химических сдвигов альфа-углерода. В HNCA каждый остаток видит альфа-углерод себя и предыдущего остатка. HNCOCA видит только альфа-углерод предыдущего остатка.

Ядерный магнитный резонанс углерода-13 и азота-15

Когда белок помечен углеродом-13 и азотом-15, можно записать эксперименты с тройным резонансом , которые передают намагниченность по пептидной связи и, таким образом, соединяют различные спиновые системы через связи. [6] [7] Обычно это делается с использованием некоторых из следующих экспериментов: HNCO , HN(CA)CO }, HNCA , [8] HN(CO)CA , HNCACB и CBCA(CO)NH . Все шесть экспериментов состоят из плоскости 1 H- 15 N (похожей на спектр HSQC), расширенной с помощью измерения углерода. В HN(CA)CO каждая плоскость H N содержит пики от карбонильного углерода из своего остатка, а также предыдущего в последовательности. HNCO содержит химический сдвиг карбонильного углерода только из предыдущего остатка, но гораздо более чувствителен, чем HN(CA)CO . Эти эксперименты позволяют связать каждый пик 1 H- 15 N с предыдущим карбонильным углеродом, и последовательное назначение затем может быть выполнено путем сопоставления сдвигов собственных и предыдущих углеродов каждой спиновой системы. HNCA и HN(CO)CA работают аналогично, только с альфа-углеродами (C α ), а не с карбонилами, а HNCACB и CBCA(CO)NH содержат как альфа-углерод, так и бета-углерод (C β ). Обычно требуется несколько таких экспериментов для разрешения перекрытия в углеродном измерении. Эта процедура обычно менее неоднозначна, чем метод на основе NOESY, поскольку она основана на сквозном переносе связи. В методах на основе NOESY появятся дополнительные пики, соответствующие атомам, которые находятся близко в пространстве, но не принадлежат последовательным остаткам, что запутает процесс назначения. После первоначального последовательного назначения резонанса обычно можно расширить назначение от C α и C β до остальной части боковой цепи, используя такие эксперименты, как HCCH-TOCSY, который по сути является экспериментом TOCSY, разрешенным в дополнительном углеродном измерении.

Генерация сдержанности

Для расчета конструкции необходимо сгенерировать ряд экспериментально определенных ограничений. Они делятся на различные категории; наиболее широко используются ограничения расстояния и угловые ограничения.

Ограничения расстояния

Кросс-пик в эксперименте NOESY означает пространственную близость между двумя рассматриваемыми ядрами. Таким образом, каждый пик может быть преобразован в максимальное расстояние между ядрами, обычно между 1,8 и 6 ангстремами . Интенсивность пика NOESY пропорциональна расстоянию в минус 6-й степени, поэтому расстояние определяется в соответствии с интенсивностью пика. Соотношение интенсивности и расстояния не является точным, поэтому обычно используется диапазон расстояний.

Очень важно назначить пики NOESY правильным ядрам на основе химических сдвигов. Если эта задача выполняется вручную, то она обычно очень трудоемка, поскольку белки обычно имеют тысячи пиков NOESY. Некоторые компьютерные программы, такие как PASD [9] [10] / XPLOR-NIH , [11] [12] UNIO, [13] CYANA , [14] ARIA [15] / CNS , [16] и AUDANA [17] / PONDEROSA-C/S [18] на платформе Integrative NMR [19] выполняют эту задачу автоматически на вручную предварительно обработанных листингах положений пиков и объемов пиков, связанных с расчетом структуры. Прямой доступ к необработанным данным NOESY без обременительной необходимости итеративно уточнять списки пиков до сих пор предоставляется только алгоритмом PASD [10] , реализованным в XPLOR-NIH [11] , подходом ATNOS/CANDID, реализованным в программном пакете UNIO [13] , и PONDEROSA-C/S, что действительно гарантирует объективный и эффективный спектральный анализ NOESY.

Чтобы получить максимально точные назначения, большим преимуществом является доступ к экспериментам NOESY с углеродом-13 и азотом-15, поскольку они помогают разрешить перекрытие в протонном измерении. Это приводит к более быстрым и надежным назначениям и, в свою очередь, к лучшим структурам.

Угловые ограничения

В дополнение к ограничениям расстояния, ограничения на углы кручения химических связей, как правило, углы пси и фи , могут быть сгенерированы. Один подход заключается в использовании уравнения Карплуса для генерации ограничений угла из констант связи . Другой подход использует химические сдвиги для генерации ограничений угла. Оба метода используют тот факт, что геометрия вокруг альфа-углерода влияет на константы связи и химические сдвиги, поэтому, учитывая константы связи или химические сдвиги, можно сделать квалифицированное предположение об углах кручения.

Ограничения ориентации

Синие стрелки представляют ориентацию связи N – H выбранных пептидных связей. Определяя ориентацию достаточного количества связей относительно внешнего магнитного поля, можно определить структуру белка. Из записи PDB 1KBH

Молекулы аналита в образце могут быть частично упорядочены относительно внешнего магнитного поля спектрометра путем манипулирования условиями образца. Обычные методы включают добавление бактериофагов или бицелл к образцу или подготовку образца в растянутом полиакриламидном геле . Это создает локальную среду, которая благоприятствует определенным ориентациям несферических молекул. Обычно в ЯМР раствора дипольные связи между ядрами усредняются из-за быстрого опрокидывания молекулы. Небольшая перенаселенность одной ориентации означает, что остается наблюдать остаточную дипольную связь . Дипольная связь обычно используется в ЯМР твердого тела и дает информацию об относительной ориентации векторов связей относительно единой глобальной системы отсчета. Обычно ориентация вектора NH исследуется в эксперименте, подобном HSQC. Первоначально остаточные дипольные связи использовались для уточнения ранее определенных структур, но также были предприняты попытки определения структуры de novo. [20]

Обмен водорода и дейтерия

Спектроскопия ЯМР является ядерно-специфичной. Таким образом, она может различать водород и дейтерий. Амидные протоны в белке легко обмениваются с растворителем, и, если растворитель содержит другой изотоп, обычно дейтерий , реакцию можно отслеживать с помощью спектроскопии ЯМР. То, как быстро обменивается данный амид, отражает его доступность для растворителя. Таким образом, скорости обмена амида могут дать информацию о том, какие части белка скрыты, связаны водородными связями и т. д. Распространенным применением является сравнение обмена свободной формы с комплексом. Амиды, которые становятся защищенными в комплексе, предположительно находятся в интерфейсе взаимодействия.

Расчет конструкции

Определение структуры ядерного магнитного резонанса генерирует ансамбль структур. Структуры будут сходиться только в том случае, если данных достаточно, чтобы диктовать определенную складку. В этих структурах это касается только части структуры. Из записи PDB 1SSU.

Экспериментально определенные ограничения могут быть использованы в качестве входных данных для процесса расчета структуры. Исследователи, используя компьютерные программы, такие как XPLOR-NIH , [11] CYANA , GeNMR или RosettaNMR [21], пытаются удовлетворить как можно большему количеству ограничений, в дополнение к общим свойствам белков, таким как длины связей и углы. Алгоритмы преобразуют ограничения и общие свойства белка в энергетические термины, а затем пытаются минимизировать эту энергию. Результатом процесса является ансамбль структур, которые, если данных достаточно, чтобы диктовать определенную складку, будут сходиться.

Проверка структуры

Ансамбль полученных структур является «экспериментальной моделью», т. е. представлением определенного вида экспериментальных данных. Признание этого факта важно, поскольку это означает, что модель может быть хорошим или плохим представлением этих экспериментальных данных. [22] В целом, качество модели будет зависеть как от количества, так и от качества экспериментальных данных, используемых для ее создания, а также от правильной интерпретации таких данных.

Каждый эксперимент имеет связанные с ним ошибки. Случайные ошибки повлияют на воспроизводимость и точность полученных структур. Если ошибки систематические, это повлияет на точность модели. Точность указывает на степень воспроизводимости измерения и часто выражается как дисперсия набора измеренных данных при тех же условиях. Точность, однако, указывает на степень, в которой измерение приближается к своему «истинному» значению.

В идеале модель белка будет тем точнее, чем больше она соответствует фактической молекуле, которая ее представляет, и будет тем точнее, чем меньше неопределенности относительно положений ее атомов. На практике не существует «стандартной молекулы», с которой можно было бы сравнивать модели белков, поэтому точность модели определяется степенью соответствия модели набору экспериментальных данных. Исторически сложилось так, что структуры, определенные с помощью ЯМР, были, как правило, более низкого качества, чем структуры, определенные с помощью рентгеновской дифракции. Это отчасти объясняется меньшим количеством информации, содержащейся в данных, полученных с помощью ЯМР. Из-за этого факта стало обычной практикой устанавливать качество ансамблей ЯМР, сравнивая их с уникальной конформацией, определенной с помощью рентгеновской дифракции, для того же белка. Однако структура рентгеновской дифракции может не существовать, и, поскольку белки в растворе являются гибкими молекулами, белок, представленный одной структурой, может привести к недооценке внутренней вариации атомных положений белка. Набор конформаций, определенных с помощью ЯМР или рентгеновской кристаллографии, может быть лучшим представлением экспериментальных данных белка, чем уникальная конформация. [23]

Полезность модели будет определяться, по крайней мере частично, степенью точности и правильности модели. Точная модель с относительно низкой точностью может быть полезна для изучения эволюционных взаимосвязей между структурами набора белков, тогда как рациональный дизайн лекарств требует как точных, так и правильных моделей. Модель, которая не является точной, независимо от степени точности, с которой она была получена, не будет очень полезной. [22] [24]

Поскольку структуры белков являются экспериментальными моделями, которые могут содержать ошибки, очень важно уметь обнаруживать эти ошибки. Процесс, направленный на обнаружение ошибок, известен как валидация. Существует несколько методов проверки структур, некоторые из них являются статистическими, как PROCHECK и WHAT IF, а другие основаны на физических принципах, как CheShift , или на смеси статистических и физических принципов PSVS.

Динамика

Помимо структур, ядерный магнитный резонанс может дать информацию о динамике различных частей белка . Обычно это включает измерение времен релаксации, таких как T 1 и T 2, для определения параметров порядка, времен корреляции и скоростей химического обмена. ЯМР-релаксация является следствием локальных флуктуирующих магнитных полей внутри молекулы. Локальные флуктуирующие магнитные поля генерируются молекулярными движениями. Таким образом, измерения времен релаксации могут предоставить информацию о движениях внутри молекулы на атомном уровне. В ЯМР-исследованиях динамики белка изотоп азота-15 является предпочтительным ядром для изучения, поскольку его времена релаксации относительно просто соотнести с молекулярными движениями. Однако для этого требуется изотопная маркировка белка. Времена релаксации T 1 и T 2 можно измерить с помощью различных типов экспериментов на основе HSQC . Типы движений, которые можно обнаружить, — это движения, которые происходят во временной шкале от примерно 10 пикосекунд до примерно 10 наносекунд. Кроме того, можно также изучать более медленные движения, которые происходят в масштабе времени от примерно 10 микросекунд до 100 миллисекунд. Однако, поскольку атомы азота находятся в основном в остове белка, результаты в основном отражают движения остова, который является наиболее жесткой частью молекулы белка. Таким образом, результаты, полученные при измерениях релаксации азота-15, могут не быть репрезентативными для всего белка. Поэтому недавно были разработаны методы, использующие измерения релаксации углерода-13 и дейтерия , что позволяет проводить систематические исследования движений боковых цепей аминокислот в белках. Сложный и особый случай исследования динамики и гибкости пептидов и полноразмерных белков представлен неупорядоченными структурами. В настоящее время общепринятой является концепция, что белки могут демонстрировать более гибкое поведение, известное как беспорядок или отсутствие структуры; однако можно описать ансамбль структур вместо статической картины, представляющей полностью функциональное состояние белка. В этой области достигнуто много достижений, в частности, в плане новых импульсных последовательностей, технологических усовершенствований и тщательной подготовки исследователей в этой области.

ЯМР-спектроскопия крупных белков

Традиционно спектроскопия ядерного магнитного резонанса была ограничена относительно небольшими белками или доменами белков. Это отчасти вызвано проблемами разрешения перекрывающихся пиков в более крупных белках, но это было смягчено введением изотопной маркировки и многомерных экспериментов. Другая более серьезная проблема заключается в том, что в крупных белках намагниченность релаксирует быстрее, что означает меньше времени для обнаружения сигнала. Это, в свою очередь, приводит к тому, что пики становятся шире и слабее и в конечном итоге исчезают. Были введены два метода для ослабления релаксации: оптимизированная спектроскопия поперечной релаксации (TROSY) [25] и дейтерирование [26] белков. Используя эти методы, стало возможным изучать белки в комплексе с шапероном 900 кДа GroES - GroEL . [27] [28]

Автоматизация процесса

Определение структуры методом ЯМР традиционно было трудоемким процессом, требующим интерактивного анализа данных высококвалифицированным ученым. Значительный интерес вызвала автоматизация процесса для повышения производительности определения структуры и обеспечения доступности ЯМР белков для неспециалистов (см. структурную геномику ). Два наиболее трудоемких процесса — это задание резонанса, специфичного для последовательности (назначение основной и боковой цепи), и задания по назначению NOE. Было опубликовано несколько различных компьютерных программ, которые нацелены на отдельные части общего процесса определения структуры ЯМР в автоматическом режиме. Наибольший прогресс был достигнут в задаче автоматизированного назначения NOE. До сих пор были предложены только подходы FLYA и UNIO для выполнения всего процесса определения структуры белка ЯМР в автоматическом режиме без какого-либо вмешательства человека. [13] [14] Модули в NMRFAM-SPARKY, такие как APES (двухбуквенный код: ae), I-PINE/PINE-SPARKY (двухбуквенный код: ep; веб-сервер I-PINE) и PONDEROSA (двухбуквенный код: c3, up; веб-сервер PONDEROSA), интегрированы таким образом, что он предлагает полную автоматизацию с возможностью визуальной проверки на каждом этапе. [29] Также были предприняты усилия по стандартизации протокола расчета структуры, чтобы сделать его более быстрым и более поддающимся автоматизации. [30] Недавно был выпущен пакет POKY, преемник программ, упомянутых выше, для предоставления современных инструментов графического интерфейса и функций AI/ML. [31]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Wüthrich K (ноябрь 2001 г.). «Путь к ЯМР-структурам белков». Nature Structural Biology . 8 (11): 923–925. doi :10.1038/nsb1101-923. PMID  11685234. S2CID  26153265.
  2. ^ Clore GM, Wasylishen RL, Harris RK (2011). "Adventures in Biomolecular NMR" (PDF) . В Harris RK, Wasylishen RL (ред.). Encyclopedia of Magnetic Resonance . John Wiley & Sons. doi :10.1002/9780470034590. hdl :11693/53364. ISBN 9780470034590.
  3. ^ Wüthrich K (декабрь 1990 г.). «Определение структуры белка в растворе методом ЯМР-спектроскопии». Журнал биологической химии . 265 (36): 22059–22062. doi : 10.1016/S0021-9258(18)45665-7 . PMID  2266107.
  4. ^ Clore GM, Gronenborn AM (1989). «Определение трехмерных структур белков и нуклеиновых кислот в растворе методом ядерно-магнитной резонансной спектроскопии». Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology . 24 (5): 479–564. doi :10.3109/10409238909086962. PMID  2676353.
  5. ^ Clore GM, Gronenborn AM (июнь 1991). «Структуры более крупных белков в растворе: трех- и четырехмерная гетероядерная ЯМР-спектроскопия». Science . 252 (5011): 1390–1399. doi :10.1126/science.2047852. OSTI  83376. PMID  2047852.
  6. ^ Clore GM, Gronenborn AM (1991). «Применение трех- и четырехмерной гетероядерной ЯМР-спектроскопии для определения структуры белков». Прогресс в области ядерно-магнитной резонансной спектроскопии . 23 (1): 43–92. Bibcode : 1991PNMRS..23...43C. doi : 10.1016/0079-6565(91)80002-J.
  7. ^ Bax A, Grzesiek S (1993). «Методологические достижения в ЯМР белков». Accounts of Chemical Research . 26 (4): 131–138. doi :10.1021/ar00028a001.
  8. ^ Bax A, Ikura M (май 1991). «Эффективный метод 3D ЯМР для корреляции резонансов протона и амида основной цепи 15N с альфа-углеродом предыдущего остатка в однородно обогащенных 15N/13C белках». Журнал биомолекулярного ЯМР . 1 (1): 99–104. doi :10.1007/BF01874573. PMID  1668719. S2CID  20037190.
  9. ^ Кушевски Дж., Швитерс К. Д., Гарретт Д. С., Берд РА., Тьяндра Н., Клор Г. М. (май 2004 г.). «Полностью автоматизированное, высокоустойчивое к ошибкам определение макромолекулярной структуры с помощью многомерных спектров ядерного усиления Оверхаузера и назначений химического сдвига». Журнал Американского химического общества . 126 (20): 6258–6273. doi :10.1021/ja049786h. PMID  15149223.
  10. ^ ab Kuszewski JJ, Thottungal RA, Clore GM, Schwieters CD (август 2008 г.). «Автоматизированное определение структуры макромолекул, устойчивое к ошибкам, с помощью многомерных спектров ядерного усиления Оверхаузера и назначений химических сдвигов: улучшенная надежность и производительность алгоритма PASD». Journal of Biomolecular NMR . 41 (4): 221–239. doi :10.1007/s10858-008-9255-1. PMC 2575051 . PMID  18668206. 
  11. ^ abc Schwieters CD, Kuszewski JJ, Tjandra N, Clore GM (январь 2003 г.). "Пакет определения молекулярной структуры ЯМР Xplor-NIH". Журнал магнитного резонанса . 160 (1): 65–73. Bibcode :2003JMagR.160...65S. doi :10.1016/S1090-7807(02)00014-9. PMID  12565051.
  12. ^ Schwieters CD, Kuszewski JJ, Clore GM (2006). «Использование Xplor-NIH для определения молекулярной структуры ЯМР». Прогресс в спектроскопии ядерного магнитного резонанса . 48 (1): 47–62. Bibcode : 2006PNMRS..48...47S. doi : 10.1016/j.pnmrs.2005.10.001.
  13. ^ abc Herrmann T (2010). "Расчет структуры белка и автоматизированные ограничения NOE". Энциклопедия магнитного резонанса . doi :10.1002/9780470034590.emrstm1151. ISBN 978-0470034590.
  14. ^ ab Güntert P (2004). "Автоматизированный расчет структуры ЯМР с помощью CYANA". Protein NMR Techniques . Methods Mol. Biol. Vol. 278. pp. 353–78. CiteSeerX 10.1.1.332.4843 . doi :10.1385/1-59259-809-9:353. ISBN  978-1-59259-809-0. PMID  15318003.
  15. ^ Rieping W, Habeck M, Bardiaux B, Bernard A, Malliavin TE, Nilges M (февраль 2007 г.). «ARIA2: автоматизированное назначение NOE и интеграция данных в расчет структуры ЯМР». Биоинформатика . 23 (3): 381–382. doi : 10.1093/bioinformatics/btl589 . PMID  17121777.
  16. ^ Brünger AT, Adams PD, Clore GM, DeLano WL, Gros P, Grosse-Kunstleve RW и др. (сентябрь 1998 г.). «Кристаллография и система ЯМР: новый программный пакет для определения макромолекулярной структуры». Acta Crystallographica. Раздел D, Биологическая кристаллография . 54 (Pt 5): 905–921. Bibcode : 1998AcCrD..54..905B. doi : 10.1107/s0907444998003254. PMID  9757107. S2CID  33910776.
  17. ^ Lee W, Petit CM, Cornilescu G, Stark JL, Markley JL (июнь 2016 г.). «Алгоритм AUDANA для автоматического определения трехмерной структуры белка из данных ЯМР NOE». Журнал биомолекулярного ЯМР . 65 (2): 51–57. doi :10.1007/s10858-016-0036-y. PMC 4921114. PMID  27169728 . 
  18. ^ Lee W, Stark JL, Markley JL (ноябрь 2014 г.). «PONDEROSA-C/S: клиент-серверный программный пакет для автоматизированного определения трехмерной структуры белка». Journal of Biomolecular NMR . 60 (2–3): 73–75. doi :10.1007/s10858-014-9855-x. PMC 4207954 . PMID  25190042. 
  19. ^ Ли В., Корнилеску Г., Дашти Х., Эгбалния Х.Р., Тонелли М., Вестлер В.М. и др. (апрель 2016 г.). «Интегративный ЯМР для биомолекулярных исследований». Журнал биомолекулярного ЯМР . 64 (4): 307–332. дои : 10.1007/s10858-016-0029-x. ПМЦ 4861749 . ПМИД  27023095. 
  20. ^ de Alba E, Tjandra N (2004). "Остаточные дипольные связи в определении структуры белка". Методы ЯМР белков . Методы в молекулярной биологии. Т. 278. С. 89–106. doi :10.1385/1-59259-809-9:089. ISBN 978-1-59259-809-0. PMID  15317993.
  21. ^ Kuenze, G; Bonneau, R; Leman, JK; Meiler, J (5 ноября 2019 г.). «Моделирование интегративных белков в RosettaNMR из разреженных парамагнитных ограничений». Структура . 27 (11): 1721–1734.e5. doi :10.1016/j.str.2019.08.012. PMC 6834914. PMID  31522945 . 
  22. ^ ab Laskowski RA (2003). «Структурное обеспечение качества». Структурная биоинформатика . Т. 44. С. 273–303. doi :10.1002/0471721204.ch14. ISBN 9780471202004. PMID  12647391. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  23. ^ Arnautova YA, Vila JA, Martin OA, Scheraga HA (июль 2009). «Что мы можем узнать, вычислив химические сдвиги 13Calpha для моделей рентгеновских белков?». Acta Crystallographica. Раздел D, Биологическая кристаллография . 65 (Pt 7): 697–703. doi :10.1107/S0907444909012086. PMC 2703576. PMID  19564690 . 
  24. ^ Spronk CA, Nabuurs SB, Krieger E, Vriend G, Vuister GW (2004). «Проверка структур белков, полученных с помощью спектроскопии ЯМР». Прогресс в области спектроскопии ядерного магнитного резонанса . 45 (3–4): 315–337. Bibcode : 2004PNMRS..45..315S. doi : 10.1016/j.pnmrs.2004.08.003.
  25. ^ Pervushin K, Riek R, Wider G, Wüthrich K (ноябрь 1997 г.). «Ослабленная релаксация T2 за счет взаимной отмены диполь-дипольной связи и анизотропии химического сдвига указывает путь к структурам ЯМР очень больших биологических макромолекул в растворе». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (23): 12366–12371. Bibcode : 1997PNAS ...9412366P. doi : 10.1073/pnas.94.23.12366 . PMC 24947. PMID  9356455. 
  26. ^ Markus MA, Dayie KT, Matsudaira P, Wagner G (октябрь 1994 г.). «Влияние дейтерирования на скорости релаксации протонов амида в белках. Гетероядерные эксперименты ЯМР на виллине 14T». Журнал магнитного резонанса, серия B. 105 ( 2): 192–195. Bibcode : 1994JMRB..105..192M. doi : 10.1006/jmrb.1994.1122. PMID  7952934.
  27. ^ Fiaux J, Bertelsen EB, Horwich AL, Wüthrich K (июль 2002 г.). «ЯМР-анализ комплекса GroEL GroES 900K». Nature . 418 (6894): 207–211. doi :10.1038/nature00860. PMID  12110894. S2CID  2451574.
  28. ^ Chandak MS, Nakamura T, Makabe K, Takenaka T, Mukaiyama A, Chaudhuri TK и др. (июль 2013 г.). «Кинетика обмена H/D ко-шаперонина GroES Escherichia coli, изученная методами 2D ЯМР и DMSO-гасящего обмена». Журнал молекулярной биологии . 425 (14): 2541–60. doi :10.1016/j.jmb.2013.04.008. PMID  23583779.
  29. ^ Lee W, Tonelli M, Markley JL (апрель 2015 г.). «NMRFAM-SPARKY: улучшенное программное обеспечение для биомолекулярной ЯМР-спектроскопии». Биоинформатика . 31 (8): 1325–1327. doi :10.1093/bioinformatics/btu830. PMC 4393527. PMID  25505092 . 
  30. ^ Liu G, Shen Y, Atreya HS, Parish D, Shao Y, Sukumaran DK и др. (июль 2005 г.). «Протокол сбора и анализа данных ЯМР для высокопроизводительного определения структуры белка». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (30): 10487–10492. Bibcode : 2005PNAS..10210487L. doi : 10.1073/pnas.0504338102 . PMC 1180791. PMID  16027363 . 
  31. ^ Lee W, Rahimi M, Lee Y, Chiu A (март 2021 г.). «POKY: программный пакет для многомерного ЯМР и расчета трехмерной структуры биомолекул». Биоинформатика . 37 (18): 3041–3042. doi :10.1093/bioinformatics/btab180. PMC 8479676. PMID  33715003 . 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Библиотечные ресурсы о
спектроскопии ядерного магнитного резонанса белков
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Ресурсы в других библиотеках