Optimal paths in residue networks identify communication pathways in proteins

Abstract

Ağ yapılarındaki bilgi akışları incelendi. Gerçek yaşamdan alınmış, residü ağ yapılarıprotein veri bankasında depolanmış kordinatlardan yapılandırıldı. Komşular arasındakiyönlenme maliyeti residüu-residüu etkileşim maliyetleri ile hesaplandı. Seçilmiş kriteleregöre yapılandıılan ilk/hedef düğümleri arasında yapılandırılan bütün yollar aracılığıile, ağ yapısındaki yapısal ve/veya işlevsel önemli residüler sezdirildi. Bilhassa, yüksekyapısal benzerliğe ve düşük dizi benzerliğine sahip protein ailelerinde bütün olası yollardakiyükleri minimize eden güçlü yolların farklılaştığı bulundu. Güçlü yolları kullanmayasürükleyen faktörleri belirleyebilmek için, kenar sçme olasılığı varış yeri bilgisi veilk komşuların energi ilişiklendirilmesi arasındaki dengeye bağlı olarak olasılıklandırılaneğimli rastgele yürüyüşler yapılandı. Uzak yerleştirilmiş iki fonksiyonel grubun birbiriile olan uzun mesafeli iletişimi bilgi akışının eğimli olmasını gerektirdiğinden, güçlü yollaryöresel ve global bilgi arasındaki çekişmenin sonucu olarak ortaya çıktı.

Navigation of information ows in networks is studied. As real-life systems, residuenetworks constructed from the coordinates deposited in the protein data bank are targeted.The cost of the navigation between neighbors are measured by residue-residueinteraction potentials. By constructing all paths between initial/target nodes accordingto selected criteria, structurally and/or functionally important residues in the networkare implicated. In particular, strong paths that minimize the weights along all possiblepathways are found to di_erentiate between the functional nodes in protein familieswith high overall structural similarity, but low sequence similarity scores. To determinefactors that drive the usage of strong paths in the network, a biased random walkscheme is deviced where the probability of edge selection is based on a balance betweenthe knowledge of the location of the destination and the energy of interaction with theimmediate neighbors. Since long range communication between two distantly placedfunctional regions in the protein calls for the gradient of information ow, strong pathsemerge by satisfying the competition of local and global knowledge while navigatingalong the structure.