Automation of PRISM algorithm for prediction of protein-protein interactions

Abstract

Çok sayıda protein arasındaki etkileşimler biyolojik ağların yapıtaşlarını oluşturur. Bir hücrenin fonksiyonunu anlamak için, hücre içinde gerçekleşen biyolojik süreçleri incelemek gerekir. Hücredeki birçok biyolojik süreç de biyolojik ağlara bağlıdır. Bu yüzden biyoloji alanındaki araştırmacılar her zaman bu ağlara ve etkileşimlere önem vermiştir. Proteinler arasındaki etkileşimleri öngören birçok deneysel yöntem mevcuttur. Ayrıca özellikle son yıllarda, bu amaç için birçok hesaplamalı yöntem de geliştirilmiştir.Bu projede, protein etkileşimlerini tahmin etmek için kullanılan bir algoritma bir internet sunucusu aracılığıyla otomatik hale getirilmiştir. PRISM algoritması, bilinen şablon protein arayüzlerine yapısal ve evrimsel benzerlik kullanarak çeşitli proteinler arasındaki etkileşimleri tahmin eder. Bizim yazılımsal sistemimiz, önceden hesaplanmış protein etkileşimlerinden ve bu etkileşimleri hesaplamak için kullanılan şablon ve hedef yapılarından oluşan ilişkisel bir veritabanı oluşturur. Yazılımsal sistem; şablonlar, hedefler ve tahminler olmak üzere üç bölümden oluşur. Veritabanının içeriği uygun PRISM internet sayfası kullanılarak sorgulanabilir. Ayrıca, JMol eklentisi kullanılarak şablon ve hedef yapıların görselleştirilmesi sağlanmıştır.İnternet sunucumuzun bir başka önemli amacı, mevcut protein yapıları ilişkisel veritabanımızda bulunmadığı zaman PRISM algoritmasını en baştan çalıştırmaktır. Bu durumda, algoritmanın adımları sırasıyla uygulanır ve bu adımlar arasındaki elle yapılan bütün işlemler elenmiş olur. PRISM algoritmasının hesaplaması fazla zaman alabilir ve çaba gerektirebilir. Dört katmanlı bir internet veritabanı uygulama mimarisi ve mesaj sıra sistemi kullanılarak birçok hesaplama aynı anda çalışabilir ve kullanıcılar protein yapılarını girmek harici elle yapılan herhangi bir işlem yapmak zorunda kalmazlar. Elle yapılan işlemler elendiği için, kullanıcılar algoritmanın bir sonraki aşamasına geçmek için önceki aşamanın bitmesini beklemek zorunda kalmazlar.

Protein - protein interactions among numerous proteins are the building blocks of the biological networks. To understand the function of a cell, it is necessary to examine biological processes occuring in the cell. Many biological processes in the cell depend on these biological networks, thus researchers in the field of biology always give attention to these networks and interactions. There are many experimental methods available to predict protein-protein interactions. Also, many computational methods have been developed for this aim, especially in recent years. In this project, we present a web server for the automation of a protein-protein interaction prediction algorithm. PRISM (Protein Interactions by Structural Matching) algorithm predicts interactions among various proteins by using structural and evolutionary similarity to known template interfaces. Our software system constructs a relational database of pre-calculated protein-protein interaction predictions, and the template and target structures used to calculate these predictions. It involves three sections which are templates, targets and predictions. Contents of the database can be queried using the appropriate PRISM web page. Also, visualization of these template and target structures are generated using Jmol plug-in in our web server.Also, another important aim of our web server is to run the PRISM algorithm from scratch when the protein structures in hand are not present in the relational database. In the case of such a situation, the steps of the algorithm are executed in an orderly fashion and all manual operations between these steps are eliminated. Computation of PRISM algorithm can take a lot time and effort. Using a 4-tier web database application architecture and a message queue system, many computations can run concurrently and users do not have to do any manual operations during the computation aside from input their protein structures. Since the manual operations are eliminated, users do not have to wait one step to finish to continue to the next step of the algorithm.