A knowledge-based approach to predict protein torsion angles

Abstract

Bir proteinin üç boyutlu yapıs dönme açıları (dihedral) cinsinden tanımlanabilir. Budönme açıları proteinin serbestlik derecesini oluturur. Bu çalışmada dönme açılarınıdeğişik dönme izomerleri olarak guruplayan ve bu izomerlerin olasılıklarınıdeğerlendiren bir yöntem geliştirildi. Özellikle Ramachandran haritasındaki çeşitli dönmeaçı değerlerinin olasılıkları kullanıldı ve yöntemin doğruluğu bilgi tabanlı bir yaklaşımlasorgulandı. Bir peptid zinciri üzerindeki amino asitlerin dönme açı değerlerininbirbirlerine bağımlılığı incelendi. Flory izole çiftler hipotezi, yakın komşu ilintisi,çevresel etkiler ve uzun mesafe etkileşimleri tartışıldı. Bilgi tabanlı yöntemde iki değişikprotein veritabanı kullanıldı: i) proteinlerin düzensiz yapı gösterdiği bölgelerden alınmışveritabanı ii) tüm yapıdan elde edilen veritabanı. Sonuçlarda amino asitlerin protein doğalhalinin seçimini destekleyen bazı dönme izomerleri durumlarına daha yatkın olduğunugösterdi. Dönme açiları değerlerinin, amino asitin içinde bulunduğu ortama bağlı olduğuve dönme açılarının amino asit dizini tarafından belirlendiği gösterildi. Ortam bağımlılığıaynı zamanda kamelyon dizinleriyle de ilişkilendirilip hesaplamalara katıldı.

The three dimensional structure of a protein can be identified in terms of its torsionangles. These torsion angles can be considered as the degrees of freedom of a protein. Inthis study, a method grouping these torsion angles in different rotational isomeric statesand estimating their probabilities is developed. Specifically, the probabilities of thevarious torsion angle states in Ramachandran maps is proposed and the accuracy of themethod is examined using a knowledge based approach. Statistical independence anddependence of the states of different residues along the peptide chain are analyzed. TheFlory isolated pair hypothesis, near neighbor correlations, context effects and long-rangecorrelations are discussed. In the knowledge based approach, two different proteinlibraries i) coil library ii) full libarary are constructed and information from both theselibraries is used. Results showed that amino acids have propensities for some rotationalisomeric states that favor the choice of the native state torsion angles and they are contextdependent, preferring different torsion states determined by the amino acid sequence ofthe protein. Context dependency is also related to chameleon sequences and the effect ofchameleon sequences is also integrated into the method.