La Enzyme Function Initiative ( EFI ) es un proyecto de colaboración a gran escala que tiene como objetivo desarrollar y difundir una estrategia sólida para determinar la función enzimática a través de un enfoque integrado basado en la estructura de la secuencia. [1] El proyecto fue financiado en mayo de 2010 por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales como una Beca Glue que apoya la investigación de problemas biológicos complejos que no pueden ser resueltos por un solo grupo de investigación. [2] [3] El EFI fue estimulado en gran medida por la necesidad de desarrollar métodos para identificar las funciones de la enorme cantidad de proteínas descubiertas a través de proyectos de secuenciación genómica . [4]
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Formación | 2010 |
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Propósito | Desarrollar y difundir una estrategia sólida para determinar la función enzimática. |
Sede | Universidad de Illinois, Urbana-Champaign |
Investigador principal | John A. Gerlt, Ph.D. |
Presupuesto | Beca de pegamento NIGMS de cinco años |
Sitio web | www.enzymefunction.org |
Motivación
El espectacular aumento de la tecnología de secuenciación del genoma ha provocado que el número de secuencias de proteínas depositadas en bases de datos públicas crezca aparentemente de manera exponencial. [5] Para hacer frente a la afluencia de secuencias, las bases de datos utilizan predicciones computacionales para anotar automáticamente las funciones de las proteínas individuales. Si bien estos métodos computacionales ofrecen las ventajas de tener un rendimiento extremadamente alto y, en general, proporcionan clasificaciones amplias y precisas, el uso exclusivo ha llevado a un nivel significativo de anotación errónea de la función enzimática en las bases de datos de proteínas. [6] Por lo tanto, aunque la información ahora disponible representa una oportunidad sin precedentes para comprender el metabolismo celular en una amplia variedad de organismos, que incluye la capacidad de identificar moléculas y / o reacciones que pueden beneficiar la calidad de vida humana, el potencial no se ha actualizado por completo. . [7] La capacidad de la comunidad biológica para caracterizar proteínas recién descubiertas ha sido superada por la tasa de secuenciación del genoma, y la tarea de asignar funciones ahora se considera el paso limitante de la tasa en la comprensión de los sistemas biológicos en detalle. [8]
Estrategia integrada para asignación funcional
El EFI está desarrollando una estrategia basada en la estructura de secuencia integrada para la asignación funcional mediante la predicción de las especificidades de sustrato de miembros desconocidos de superfamilias de enzimas mecánicamente diversas . [9] El enfoque aprovecha las características conservadas dentro de una superfamilia determinada, como la química conocida, la identidad de los grupos funcionales del sitio activo y la composición de residuos, motivos o estructuras que determinan la especificidad para predecir la función, pero se basa en la experiencia multidisciplinaria para simplificar, refinar y prueba las predicciones. [10] [11] [12] La estrategia de secuencia integrada en desarrollo será generalmente aplicable para descifrar las especificidades del ligando de cualquier proteína funcionalmente desconocida. [9]
Organización
Por mandato del programa NIGMS, los consorcios de subvenciones Glue deben contener recursos básicos y proyectos puente. [3] El EFI consta de seis núcleos científicos que proporcionan experiencia bioinformática, estructural, computacional y de gestión de datos para facilitar las predicciones funcionales de enzimas de función desconocida a las que se dirige el EFI. Al comienzo de la subvención, estas predicciones fueron probadas por cinco Proyectos Puente que representan las superfamilias de enzimas amidohidrolasa, enolasa, GST, HAD e isoprenoide sintasa. Ahora quedan tres proyectos puente. [9] Además, el Proyecto Piloto de Enzimología Anaeróbica se agregó en 2014 para explorar la superfamilia Radical SAM y la superfamilia Glycyl Radical Enzyme.
Núcleos científicos
El núcleo de bioinformática contribuye al análisis bioinformático mediante la recopilación y conservación de conjuntos de datos de secuencia completos, la generación de redes de similitud de secuencia y la clasificación de los miembros de la superfamilia en subgrupos y familias para la posterior transferencia de anotaciones y evaluación como objetivos para la caracterización funcional.
El núcleo de la proteína desarrolla estrategias de clonación, expresión y purificación de proteínas para las enzimas que se estudian.
El núcleo de la estructura cumple con el componente de biología estructural de EFI al proporcionar estructuras de alta resolución de enzimas específicas.
El núcleo de cálculo realiza un acoplamiento in silico para generar listas ordenadas por rango de sustratos predichos para enzimas específicas utilizando estructuras de proteínas determinadas experimentalmente y / o modeladas por homología.
El núcleo de microbiología examina las funciones in vivo utilizando técnicas genéticas y metabolómicas para complementar las funciones in vitro determinadas por los proyectos puente.
El núcleo de datos y difusión mantiene una base de datos pública para datos experimentales (EFI-DB). [13] [14]
Proyectos puente
La superfamilia de enolasa contiene enzimas relacionadas evolutivamente con un pliegue (β / α) 7β-barril (TIM-barril) que catalizan principalmente la epimerización / racemización asistida por metales o la eliminación beta de sustratos de carboxilato. [15]
La superfamilia de haloácidos deshidrogenasa contiene enzimas relacionadas evolutivamente con un pliegue de Rossmanoide α / β con una región de "tapa" insertada que cataliza principalmente la catálisis nucleofílica asistida por metales, lo que con mayor frecuencia da como resultado la transferencia de grupos fosforilo. [dieciséis]
La superfamilia de la isoprenoide sintasa (I) contiene enzimas relacionadas evolutivamente con un pliegue en su mayoría α-helicoidal y catalizan principalmente reacciones de transferencia de trans-prenilo para formar productos de isopreno alargados o ciclados . [17]
El proyecto puente de enzimología anaeróbica explorará la enzimología dependiente de radicales, que permite la ejecución de transformaciones químicas inusuales a través de un grupo de hierro-azufre que escinde la S-adenosil metionina (SAM) y produce un radical intermedio, o alternativamente, la abstracción de un hidrógeno a partir de glicina que produce un radical glicilo. Las superfamilias que contienen estas enzimas están en gran parte inexploradas y, por lo tanto, maduras con el potencial de descubrimientos funcionales. La adquisición de una tubería de producción de proteínas anaeróbicas junto con la instalación de una cámara anaeróbica de nivel 2 de bioseguridad para el cultivo de microbios intestinales humanos ha preparado a la EFI para perseguir la enzimología anaeróbica.
Investigadores participantes
Doce investigadores con experiencia en diversas disciplinas conforman el EFI. [18]
Nombre | Institución | Papel |
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Gerlt, John A. | Universidad de Illinois, Urbana-Champaign | Director de programa, director del proyecto Enolase Bridging, codirector del núcleo de datos y difusión |
Allen, Karen N. | Universidad de Boston | Director del Proyecto Puente HAD |
Almo, Steven C. | Facultad de Medicina Albert Einstein | Director del núcleo proteico y del núcleo estructural |
Cronan, John E. | Universidad de Illinois, Urbana-Champaign | Codirector del Núcleo de Microbiología |
Jacobson, Matthew P. | Universidad de California, San Francisco | Codirector del Núcleo de Computación |
Menor, Wladek | Universidad de Virginia | Codirector de Data y Difusión Core |
Poulter, C. Dale | Universidad de Utah | Director del Proyecto de puenteo de isoprenoides sintasa |
Sali, Andrej | Universidad de California, San Francisco | Codirector del Núcleo de Computación |
Shoichet, Brian K. | Universidad de California, San Francisco | Codirector del Núcleo de Computación |
Sweedler, Jonathan V. | Universidad de Illinois, Urbana-Champaign | Codirector del Núcleo de Microbiología |
Pollard, Katherine S. | Institutos Gladstone | Director del Proyecto Piloto Sifting Families |
Booker, Squire J. | Universidad del Estado de Pensilvania | Director del Proyecto Piloto de Enzimología Anaeróbica |
Entregables
El producto principal de EFI es el desarrollo y la difusión de una estrategia de secuencia / estructura integrada para la asignación funcional. El EFI ahora ofrece acceso a dos herramientas de acoplamiento de alto rendimiento, una herramienta web para comparar secuencias de proteínas dentro de familias de proteínas completas y una herramienta web para componer un inventario del contexto del genoma basado en una red de similitud de secuencias de proteínas. Además, a medida que se desarrolla la estrategia, los datos y clones generados por EFI se ponen a disposición de forma gratuita a través de varios recursos en línea. [9]
Fondos
La EFI se estableció en mayo de 2010 con $ 33,9 millones en financiamiento durante un período de cinco años (número de subvención GM093342). [19]
Referencias
- ^ "New NIGMS 'Glue Grant' apunta a enzimas desconocidas" (Comunicado de prensa). NIGMS. 2010-05-20. Archivado desde el original el 27 de abril de 2012 . Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ "Glue Grants" . NIGMS. Archivado desde el original el 3 de junio de 2013 . Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ a b "PAR-07-412: Premios a proyectos colaborativos de gran envergadura (R24 / U54)" . NIH / NIGMS . Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ "Los investigadores recibieron una subvención de $ 33,9 millones para estudiar las funciones enzimáticas" (comunicado de prensa). Oficina de Noticias de la UIUC. 2010-05-20 . Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ "Estadísticas de liberación de la base de datos de proteínas UniProtKB / TrEMBL" . Base de datos de proteínas UniProtKB / TrEMBL. Archivado desde el original el 1 de octubre de 2015 . Consultado el 27 de abril de 2012 .
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- ^ Burroughs, A. Maxwell; Allen, Karen N .; Dunaway-Mariano, Debra; Aravind, L. (2006). "Genómica evolutiva de la superfamilia HAD: comprensión de las adaptaciones estructurales y la diversidad catalítica en una superfamilia de fosfoesterasas y enzimas afines". Revista de Biología Molecular . 361 (5): 1003–34. CiteSeerX 10.1.1.420.9551 . doi : 10.1016 / j.jmb.2006.06.049 . PMID 16889794 .
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- ^ "Gente" . Iniciativa de función enzimática . Consultado el 27 de abril de 2012 .
- ^ "Evaluación de resultados de subvenciones de pegamento NIGMS" . NIGMS. Archivado desde el original el 27 de abril de 2012 . Consultado el 27 de abril de 2012 .
enlaces externos
- Iniciativa de función enzimática
- Base de datos de vinculación estructura-función
- EFI-DB
- Consorcios de subvenciones de pegamento de NIGMS