II. Một số kỹ thuật nghiên cứu chức năng gene tần suất cao
4. Kỹ thuật mô phỏng tính tương đồng (homology modeling)
Trong cơ sở dữ liệu PDB có khoảng 50 000 cấu trúc protein, trong khi đó có tới hơn 5 triệu trình tự protein trong SwissProt/TrEMBL (tính đến tháng 11 năm 2007). Với số lượng protein khổng lồ này thì việc xác định mô hình cấu trúc cần có sự hỗ trợ của máy tính cho các thí nghiệm xác định thông thường. Cấu trúc protein có thể được phân tích bằng cách xác định tinh thể nhờ tia X và quang phổ NMR.
la ser V ùng trồi Đ ầu dò Đọ c kết quả
mới là so sánh với các cấu trúc đã biết hay còn gọi là mô phỏng cấu trúc tương đồng (Jones, 2001; Baker và Sali, 2001). Đây là phương pháp được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực nghiên cứu chức năng bộ gene.
Quá trình so sánh này bao gồm 4 bước sau (Marti-Renom và cs, 2000): (1) Chọn khung và đánh giá gấp cuộn. Bước này có thể thực hiện nhờ tìm kiếm các trình tự hay cấu trúc protein tương đồng bằng các công cụ như BLAST và PSI-BLAST từ các cơ sở dữ liệu như PDB, CATH và SCOP. Từ đó xác định vùng cấu trúc bảo tồn và những vùng cấu trúc biến đổi (thường tương ứng với các gấp, cuộn ở ngoài protein).
(2) Sắp gióng cột trình tự đích với khung. (3) Xây dựng mô hình.
(4) Đánh giá mô hình.
Một số lỗi thường mắc phải trong kỹ thuật mô phỏng cấu trúc tương đồng là:
Nhập sai chuỗi.
Sai vùng sắp gióng cột.
Sai vùng tương đồng trên trình tự đích với khung.
Sắp gióng cột trình tự.
Sử dụng sai khung.
Hình 8:Dự đoán cấu trúc protein và độ chính xác của các phương pháp (Baker và Sali (2001))
Nhận diện
trình tự Độ chính xáccủa mô hình Độ phân giải Kỹ thuật Ứng dụng
100% Phư ơng pháp phân tí ch tinh th ể bằng tia X, NM R
Nghiên cứu cơ chế xúc tác 100% 1.0 Å Thiết kế và hoàn thiện ligand Dự đoán các phần protein 50%
So sánh c protein tư ấu trúc
ơng đ ồng Xác định epitop kháng thể 95% 1.5 Å Hỗ trợ đột biếnđiểm
30% 80% 3.5 Å
Threading
Cải tiến cấu trúc NMR
Điểu chỉnh mật độ electron với độ phân giải thấp
<<20% 80 aa 4 - 8 Å D ự đoán c ấu trúc m ới Xác định vùngbề mặt bảo tồn
Bảng 2: Các website có chương trình mô phỏng cấu trúc tương đồng và đánh giá chất lượng
Website Đề suất URL
3D-JIGSAW Phòng thí nghiệm
của Paul Bates http://www.bmm.icnet.uk/servers/3djigsaw/
Geno3D POLE http://pbil.ibcp.fr/htm/index.php
MODELLER Nhóm Andrej Sali http://www.salilab.org/modeller/
PredictProtein Phòng thí nghiệm
của Burkhard Rost http://www.predictprotein.org/
SWISS-
MODEL ExPASy http://swissmodel.expasy.org/
PROCHECK Quản lý chất lượng http://www.biochem.ucl.ac.uk/_roman/ procheck/procheck.html
VERIFY3D Quản lý chất lượng http://nihserver.mbi.ucla.edu/Verify_3D/
WHATIF Quản lý chất lượng http://swift.cmbi.kun.nl/whatif/
Độ chính xác của việc dự đoán cấu trúc protein có liên quan đến phần trăm nhận diện trình tự giữa protein đích và khung của nó. Khi 2 protein giống nhau từ 50% trở lên về thành phần aminoacid thì chất lượng mô hình cũng sẽ tốt. Ví dụ, phương sai của mạch chính thường là 1Å, độ chính xác của mô hình giảm khi mô hình chỉ tương đồng 30 đến 50% và tỷ lệ sai số sẽ tăng nhanh khi độ tương đồng dưới 30%.
Nhiều trang web có chức năng mô phỏng mô hình tương đồng và có bao gồm cả quản lý chất lượng như SWISSMODEL ở trang ExPASy, MODELLER, và trang Predict Protein (Bảng 2). Sau khi tạo một mô hình thì cần phải đánh giá lại chất lượng của nó nhằm đánh giá xem cấu trúc đó có phải là cấu trúc đặc biệt, ngoại lệ hay không, dựa vào kiến thức tổng quan về các quy tắc cấu trúc protein. Đánh giá chất lượng nghiêm ngặt sẽ được áp dụng để tính toán xem chiều dài và góc có phù hợp không, liên kết peptide có 2 chiều không, cấu trúc sường carbon có chấp nhận đươc không, có môi trường cục bộ thích hợp cho các phần kỵ nước và ưa nước
không, và protein có thể hòa tan không. Một số chương trình dùng trong đánh giá chất lượng bao gồm VERIFY3D, PROCHECK, và WHATIF ở trang CMBI (Hà Lan) (Bảng 2). Ngoài các kỹ thuật được giới thiệu trên còn rất nhiều các kỹ thuật khác được ứng dụng vào các phần việc khác nhau trong công trình nghiên cứu chức năng của bộ gene.