PRINCIPIOS DE MODELADO POR HOMOLOGÍA Modesto Orozco

Porque hacer modelado por homología? El modelado por homología surge de la necesidad de conocer estructuras no determinadas experimentalmente de secuencias conocidas La velocidad de determinación de estructuras es mucho más lenta que la de secuencias

Evolución en el número de secuencias anotadas depositadas en Swissprot

Evolución en el número de secuencias depositadas en TrEMBL

Evolución en el número de estructuras depositadas en PDB

OBJETIVO DEL MODELADO POR HOMOLOGÍA Obtener un modelo UTIL de la proteína problema, cuando se desconoce la estructura 3-D real No necesariamente ha de ser el modelo “correcto” o experimental! A veces el modelo “correcto” no es útil. La calidad del modelo no tiene porque ser homogénea. Debe ser máxima en las regiones mas interesantes.

Marco de uso del diseño por homología Asignación genérica de estructura Aprovechamiento de centros de reconocimiento en drug-design Determinación de regiones de interacción proteína/proteína Determinación de regiones de nucleación en proteínas

Nivel de precisión de la estructura modelada Depende dramáticamente de la calidad del alineamiento empleado para derivar el “template” Depende mucho del nivel de identidad con el “template”. En general se obtienen estructuras de calidad muy buena (RMSd Ca < 2 A) cuando identidad sobrepasa el 30%. La calidad en el trazado del backbone es siempre superior a la calidad en el posicionamiento de las cadenas laterales.

Etapas básicas en el modelado Identificación homólogos Determinación restricciones Alineamiento Construcción modelo Refinado Validación

Identificación de homólogos La primera etapa es determinar homólogos de la proteína problema. Se intenta determinar a que “familia” pertenece la proteína. Al menos una de las proteínas de la familia debe tener estructura conocida experimentalemente. Típicamente esto se hace a partir de información de secuencia. A veces incluir datos de alineamientos estructurales puede ser útil. Los criterios para considerar algo homólogo son variables, pero a más láxitud en el criterio más riesgo. En casos complejos deben recurrirse a búsquedas recursivas de homólogos remotos, threading,...

Alineamiento Etapa clave: En ella se alinea la proteína problema con los “homólogos”, para ver que regiones que posiblemente tienen estructura común. Un buen alineamiento puede dar lugar a un mal modelo. Un mal alineamiento da lugar a un mal modelo Es útil a veces recurrir a alineamientos múltiples. Alineamientos de secuencia, conocimiento del sistema,... TODO SIRVE

Etapas básicas en el modelado Identificación homólogos Determinación restricciones Alineamiento Construcción modelo Refinado Validación

Obtención del modelo Una vez se sabe a que y donde se parece una proteína a otra de estructura conocida se debe construir el modelo Este es el objetivo de los programas de modelado por homología. Los más populares Swissmodel (automático) Composer (T.Blundell) 3D-JIGSAW (M.Stenberg) Modeller (A.Sali)

Obtención del modelo Se define en que regiones se parece la proteína modelo al problema. En estas regiones se transfieren coordenadas. Se construye un modelo “rellenando” los huecos de estructura no transferibles. Se refina el modelo para maximizar similitud con el template y minimizar contactos erróneos en la estructura

Verificación Los distintos modelos posibles generados son verificados para determinar su sentido químico: Análisis con métodos “físicos” (MD, MC,...) Uso de métodos estadísticos de verificación de estructuras (Procheck, PROSA,...)

UN MODELO NO ES CORRECTO O ERRONEO, ES UTIL O INUTIL Verificación La verificación última es ver si el modelo justifica los datos experimentales y si tiene capacidad predictiva UN MODELO NO ES CORRECTO O ERRONEO, ES UTIL O INUTIL