Neuer Score bewertet Protein-Protein-Interfaces
Die CSSB-Abteilung von Prof. Maya Topf (HPI, UKE) hat einen Score entwickelt, um Protein-Protein-Wechselwirkungen in den Strukturen makromolekularer Zusammenschlüsse zu bewerten, die aus Kryo-EM-Karten abgeleitet wurden.
Um die komplexen Wechselwirkungen in biologischen Systemen zu verstehen, setzen Forschende verschiedene bildgebende Verfahren ein, um Molekülverbände zu untersuchen und detaillierte Strukturmodelle der Proteine dieser Verbände zu erstellen. Eine dieser Methoden ist die Kryo-Elektronenmikroskopie (cryoEM), mit der große Molekülkomplexe in ihrer natürlichen Umgebung abgebildet werden können. Die mit der Kryo-Elektronenmikroskopie erzeugten Bilder liegen jedoch oft nicht im so genannten hochauflösenden Bereich, und die daraus resultierenden Molekülmodelle enthalten oft mehrere Fehler.
Um diese Fehler zu reduzieren, hat die KryoEM-Gemeinschaft eine "Toolbox" von Validierungsscores entwickelt, um die allgemeine Zuverlässigkeit dieser molekularen Modelle zu bewerten. Diese "Toolbox" wurde gerade um den von der Topf-Gruppe entwickelten Protein-Interface-Score (PI-Score) erweitert. Bei dem kürzlich in Nature Communications veröffentlichten PI-Score handelt es sich um einen Validierungsscore, der speziell zur Bewertung von Protein-Protein-Interfaces eingesetzt wird, d. h. der Stelle, an der zwei einzelne Proteine in KryoEM-Strukturen physisch interagieren.
Sony Malhotra, ein ehemaliger Postdoktorand der Topf-Gruppe, untersuchte systematisch die Protein-Protein-Interfaces, die in Strukturen modelliert wurden, die mit hochauflösender Röntgenkristallografie bestimmt wurden. "Wir haben einen auf maschinellem Lernen basierenden Klassifikator trainiert, um native bzw. nativ-ähnliche Schnittstellen zu erkennen", erklärt Malhotra. "Der zusätzliche Vorteil dieses Scores ist, dass er nicht von KryoEM-Daten abhängig ist."
PI-Scores werden für alle öffentlich zugänglichen KryoEM-Strukturen zur Verfügung gestellt, so dass mehr als 5.000 Interfaces, einschließlich der jüngsten SARS-CoV-2-Komplexe, bewertet wurden. Der PI-Score konnte Interface-Fehler in mehreren Strukturen mit niedriger und mittlerer Auflösung aufzeigen, und in einigen Fällen konnten die Forschenden auf der Grundlage des PI-Scores Verbesserungen des Modells vorschlagen. "Wir hoffen, dass der PI-Score ein leistungsfähiges ergänzendes Bewertungsinstrument für die Kryo-EM-Gemeinschaft wird und letztlich zu genaueren Kryo-EM-basierten Modellen führt", erklärt Topf.
Die Software zur Berechnung des PI-Scores ist für den akademischen Gebrauch frei verfügbar: https://gitlab.com/topf-lab/pi_score
Publikation:
Malhotra S, Joseph AP, Thiyagalingam J, Topf M (2021) Assessment of protein–protein interfaces in cryo-EM derived assemblies. Nat Commun 12:3399. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23692-x
