Modelowanie struktur wielopodjednostkowych kompleksów makromolekularnych
Loading...
Date
2013-03-06
Authors
Advisor
Editor
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Title alternative
Structure modeling of large multisubunit macromolecular complexes
Abstract
Jednym z największych wyzwań współczesnej biologii strukturalnej jest poznanie funkcji i mechanizmu działania kompleksów makromolekularnych. Przykładem mogą być maszyny makromolekularne takie jak spliceosom, dla którego znany jest kształt całego kompleksu, skład podjednostkowy i dokładna struktura wielu elementów, ale brakuje metod, pozwalających wymodelować kompletną strukturę. Rozwiązanie struktur za pomocą technik doświadczalnych dla dużych kompleksów jest bardzo trudne, kosztowne i zajmuje dużo czasu. Niejednokrotnie, dla mało stabilnych struktur, nie udaje się w ogóle otrzymać struktury. W takich przypadkach jedyną możliwością jest zastosowanie metod komputerowych, służących do szybkiego przeszukiwania przestrzeni możliwych rozwiązań zdefiniowanych przez więzy pochodzące z badań doświadczalnych.
W niniejszej pracy doktorskiej przedstawiono program PyRy3D, oparty na założeniach modelowania hybrydowego, który pozwala na wykorzystanie różnych danych doświadczalnych w procesie modelowania struktury. Procedura modelowania kompleksu do przeszukiwania przestrzeni rozwiązań wykorzystuje podejście Monte Carlo. Podejście zastosowane w PyRy3D umożliwia konstruowanie modeli o niskiej rozdzielczości także dla bardzo dużych kompleksów, nawet gdy brakuje danych strukturalnych dla pojedynczych komponentów.
One of the major challenges in structural biology is to determine the structures of macromolecular complexes and to understand their function and mechanism of action. However, structural characterization of macromolecular assemblies is very difficult. A hybrid computational approach is required that will be able to incorporate spatial information from a variety of experimental methods into modeling procedure. Thus far, we developed PyRy3D, a method for building low-resolution models of large macromolecular complexes. The components (proteins, nucleic acids and any other type of physical objects including e.g. solid surfaces) can be represented as rigid bodies (e.g. based on atomic coordinates of structures determined experimentally or modeled computationally) or as flexible shapes (e.g. for parts, whose structure is dynamic or unknown). The model building procedure applies a Monte Carlo approach to sample the space of solutions. Spatial restraints are used to define components interacting with each other, and a a simple scoring function is applied to pack them tightly into contours of the entire complex (e.g. Cryo-EM density maps). This approach enables the construction of low-resolution models even for very large macromolecular complexes with components of unknown 3D structure.
One of the major challenges in structural biology is to determine the structures of macromolecular complexes and to understand their function and mechanism of action. However, structural characterization of macromolecular assemblies is very difficult. A hybrid computational approach is required that will be able to incorporate spatial information from a variety of experimental methods into modeling procedure. Thus far, we developed PyRy3D, a method for building low-resolution models of large macromolecular complexes. The components (proteins, nucleic acids and any other type of physical objects including e.g. solid surfaces) can be represented as rigid bodies (e.g. based on atomic coordinates of structures determined experimentally or modeled computationally) or as flexible shapes (e.g. for parts, whose structure is dynamic or unknown). The model building procedure applies a Monte Carlo approach to sample the space of solutions. Spatial restraints are used to define components interacting with each other, and a a simple scoring function is applied to pack them tightly into contours of the entire complex (e.g. Cryo-EM density maps). This approach enables the construction of low-resolution models even for very large macromolecular complexes with components of unknown 3D structure.
Description
Wydział Biologii: Instytut Biologii Molekularnej i Biotechnologii
Sponsor
Keywords
Kompleksy makromolekularne, Macromolecular complexes, Modelowanie, Modeling, Przewidywanie struktury, Structure prediction, Monte Carlo