HH-suite - HH-suite

HH-suite
Tuzuvchi (lar)Yoxannes Söding, Maykl Remmert, Andreas Biegert, Andreas Xauzer, Markus Mayer, Martin Shtayngger
Barqaror chiqish
3.3.0 / 25 avgust 2020 (2020-08-25)
Ombor
Buni Vikidatada tahrirlash
YozilganC ++
Operatsion tizimUnixga o'xshash; Debian to'plam mavjud[1]
Mavjud:Ingliz tili
TuriBioinformatika vosita
LitsenziyaGPL v3
Veb-saythttps://github.com/soedinglab/hh-suite

The HH-suite bu ochiq manbali dasturiy ta'minot sezgir uchun to'plam oqsil ketma-ket qidirish. Unda oqsillar ketma-ketligi ma'lumotlar bazalarida o'xshash oqsillar ketma-ketligini izlashi mumkin bo'lgan dasturlar mavjud. Ketma-ket izlash zamonaviy biologiyada standart vosita bo'lib, u bilan noma'lum oqsillarning funktsiyasini o'xshash ketma-ketlikdagi oqsillarning funktsiyalari haqida xulosa chiqarish mumkin. HHsearch va HHblits paketdagi ikkita asosiy dastur va uning qidirish funktsiyasiga kirish nuqtasi, ikkinchisi esa tezroq takrorlash.[2][3] HHpred uchun onlayn server oqsil tuzilishini bashorat qilish HH-suite-dan homologiya ma'lumotlaridan foydalanadi.[4]

HH-to'plami yordamida ketma-ketlikni qidiradi yashirin Markov modellari (HMM). Ism HMM-HMM hizalamalarini amalga oshirganligidan kelib chiqadi. Proteinlar ketma-ketligini taqqoslashning eng mashhur usullari qatoriga ko'ra dasturlarga asosan 5000 martadan ko'proq keltirilgan Google Scholar.[5]

Fon

Oqsillar barcha hayotiy jarayonlarning markaziy ishtirokchilari hisoblanadi. Ularni tushunish hujayralardagi molekulyar jarayonlarni tushunish uchun asosiy ahamiyatga ega. Bu kasalliklarning kelib chiqishini tushunish uchun ayniqsa muhimdir. Ammo odamning taxminan 20 000 oqsilining katta qismi uchun tuzilish va funktsiyalar noma'lum bo'lib qolmoqda. Ko'pgina oqsillar ko'plab bakteriyalar, novvoylar xamirturushlari, mevali pashshalar, zebra baliqlari yoki sichqonlar kabi namunali organizmlarda o'rganilgan, ular uchun tajribalarni ko'pincha inson hujayralariga qaraganda osonroq qilish mumkin. Faqatgina aminokislotalarning ketma-ketligi ma'lum bo'lgan oqsilning funktsiyasini, tuzilishini yoki boshqa xususiyatlarini taxmin qilish uchun oqsillar ketma-ketligi ommaviy ma'lumotlar bazalaridagi boshqa oqsillarning ketma-ketliklari bilan taqqoslanadi. Agar etarlicha o'xshash ketma-ketlikka ega bo'lgan oqsil topilsa, ehtimol ikkita oqsil evolyutsion jihatdan bog'liqdir ("gomologik" ). Bunday holda, ular o'xshash tuzilmalar va funktsiyalarni baham ko'rishlari mumkin. Shuning uchun, agar ketma-ketlikni izlash orqali etarlicha o'xshash ketma-ketlikka ega va ma'lum funktsiyalari va / yoki tuzilishi bilan oqsil topilsa, noma'lum oqsilning funktsiyalari, tuzilishi va domen tarkibini taxmin qilish mumkin. Bunday bashoratlar funktsiyani yoki tuzilmani maqsadli tekshirish tajribalari yordamida aniqlashga katta yordam beradi.

Ketma-ket izlanishlar biologlar tomonidan tez-tez noma'lum oqsilning funktsiyasini uning ketma-ketligidan xulosa chiqarish uchun amalga oshiriladi. Shu maqsadda oqsilning ketma-ketligi ommaviy ma'lumotlar bazalaridagi boshqa oqsillarning ketma-ketliklari bilan taqqoslanadi va uning vazifasi eng o'xshash ketma-ketliklardan olinadi. Ko'pincha, bunday izlashda izohli funktsiyalari bilan ketma-ketlikni topish mumkin emas. Bunday holda, uzoqroq bog'liq bo'lgan oqsillarni yoki aniqlash uchun yanada sezgir usullar talab qilinadi oqsilli oilalar. Ushbu aloqalardan oqsilning funktsiyalari haqidagi farazlar, tuzilishi va domen tarkibi haqida xulosa qilish mumkin. HHsearch ma'lumotlar bazalari orqali oqsillar ketma-ketligi bilan qidiruvlarni amalga oshiradi. HHpred server va HH-suite dasturiy ta'minot to'plami ko'plab mashhur, muntazam yangilanib turadigan ma'lumotlar bazalarini taqdim etadi, masalan Protein ma'lumotlar banki, shuningdek InterPro, Pfam, COG va SCOP ma'lumotlar bazalari.

Algoritm

HHblitsning takroriy ketma-ketlikni qidirish sxemasi

Proteinlarni qidirishning zamonaviy sezgir usullari ketma-ketlik rejimlaridan foydalanadi. Ular ketma-ketlikni profil bilan taqqoslash uchun yoki HH-suite kabi yanada rivojlangan holatlarda profillar o'rtasida mos kelish uchun ishlatilishi mumkin.[2][6][7][8] Masalan, profillar va hizalamalar o'zlari gugurtdan olinadi, masalan PSI-BLAST yoki HHblits. A pozitsiyaga xos skrining matritsasi (PSSM) profilida so'rovlar ketma-ketligining har bir pozitsiyasi uchun 20 ta aminokislotaning o'xshashlik ko'rsatkichi mavjud. Profillar olingan bir nechta ketma-ketlikdagi hizalamalar Bilan bog'liq bo'lgan oqsillar birgalikda yozilgan (hizalanmış) har bir pozitsiyadagi aminokislotalarning chastotalari yangi bog'liq oqsillardagi aminokislotalar ehtimolligi sifatida talqin qilinishi va "o'xshashlik ballari" ni olish uchun ishlatilishi mumkin. Profillar bitta ketma-ketlikka qaraganda ko'proq ma'lumotni o'z ichiga olganligi sababli (masalan, pozitsiyaga xos darajadagi saqlanish darajasi), profil profilini taqqoslash usullari ketma-ketlikni taqqoslash usullariga qaraganda ancha kuchliroqdir. Portlash yoki PSI-BLAST kabi profil ketma-ketligini taqqoslash usullari.[6]

HHpred va HHsearch so'rovlar va ma'lumotlar bazalari oqsillarini profil yashirin Markov modellari (HMMs), shuningdek, pozitsiyaga xos aminokislotalarni kiritish va o'chirish chastotalarini qayd etadigan PSSM ketma-ketlik profillarining kengaytmasi. HHsearch HMM ma'lumotlar bazasini HMM so'rovi bilan qidiradi. HMMlarning haqiqiy ma'lumotlar bazasi orqali qidirishni boshlashdan oldin, HHsearch / HHpred a tuzadi bir nechta ketma-ketlikni tekislash HHblits dasturi yordamida so'rovlar ketma-ketligi / MSA bilan bog'liq ketma-ketliklar. Ushbu tekislashdan HMM profilini hisoblash amalga oshiriladi. Ma'lumotlar bazalarida PSI-BLAST yordamida xuddi shu tarzda oldindan hisoblangan HMM mavjud. HHpred va HHsearch natijalari ma'lumotlar bazasi mos kelishuvlarining (E-qiymatlari va haqiqiy munosabatlarning ehtimolliklarini o'z ichiga olgan) va juftlik bilan so'rovlar bazasi ketma-ketligidagi hizalanmalar ro'yxatidir.

2001 yildan beri HH-to'plamining bir qismi bo'lgan HHblits yuqori sifatli ishlab chiqaradi bir nechta ketma-ketlikdagi hizalamalar (MSA) bitta so'rovlar ketma-ketligidan yoki MSA dan boshlanadi. PSI-BLASTda bo'lgani kabi, u takroriy ravishda ishlaydi, oldingi turda topilgan natijalarni qo'shish orqali bir necha bor yangi so'rovlar profillarini yaratadi. U har biri o'zaro bog'liq oqsillarning "klasterini" ifodalovchi oqsillar ketma-ketligi ma'lumotlar bazalaridan kelib chiqqan, oldindan tuzilgan HMM ma'lumotlar bazalariga mos keladi. HHblits holatida bunday o'yinlar HMM-HMM profillari darajasida amalga oshiriladi, bu esa qo'shimcha sezgirlikni beradi. Uning oldindan filtrlanishi o'n minglab HMMlarni bir necha mingtasiga to'g'ri kelishini kamaytiradi va shu bilan HMM-HMM taqqoslash jarayonini tezlashtiradi.[3]

HH-to'plami HHblits va HHsearch yordamida qidirish mumkin bo'lgan bir qator oldindan o'rnatilgan HMM-lar bilan birga keladi, ular orasida UniProt ma'lumotlar bazasi Protein ma'lumotlar banki tuzilishi ma'lum bo'lgan oqsillarning, ning Pfam oqsillar turkumi, ning SCOP tarkibiy oqsil domenlari va boshqalar.[9]

Ilovalar

HHpred va HHsearch dasturlari tarkibiga oqsillar tuzilishini bashorat qilish, kompleks tuzilishni bashorat qilish, funktsiyalarni bashorat qilish, domenni bashorat qilish, domen chegaralarini bashorat qilish va oqsillarning evolyutsion tasnifi kiradi.[10]

HHsearch ko'pincha uchun ishlatiladi homologik modellashtirish, ya'ni faqat ketma-ketligi ma'lum bo'lgan so'rov oqsili tuzilishining modelini yaratish: Buning uchun ma'lum tuzilmalarga ega oqsillar ma'lumotlar bazasi oqsil ma'lumotlari banki so'rov oqsiliga o'xshash "shablon" oqsillari qidirilmoqda. Agar bunday shablon oqsil topilsa, qiziqish oqsilining tuzilishini juftlik asosida taxmin qilish mumkin ketma-ketlikni tekislash shablon oqsillar ketma-ketligi bilan so'rovning. Masalan, 3D tuzilishi aniqlangan oqsillarni PDB ma'lumotlar bazasi orqali qidirish bir necha daqiqa davom etadi. Agar PDB ma'lumotlar bazasida ma'lum tuzilishga ega bo'lgan protein ("shablon") bilan mos keladigan narsa topilsa, HHpred foydalanuvchiga homologiya modelini MODELLER dasturiy ta'minot, so'rov-shablonni juftlashtirishdan boshlab.

HHpred serverlari davomida eng yaxshi serverlar qatoriga kiritilgan CASP 7, 8 va 9, ko'r-ko'rona oqsil tuzilishini bashorat qilish tajribalari uchun. CASP9-da, HHpredA, B va C shablonlarga asoslangan modellashtirishda 81 ta ishtirok etuvchi avtomatik tuzilmani bashorat qilish serverlari orasida 1, 2 va 3-o'rinlarni egalladi.[11] 147 ta maqsadda 6, 7, 8-chi, eng yaxshi 20 ta serverdan ancha tezroq.[12] Yilda CASP 8, HHpred barcha maqsadlar bo'yicha 7-o'rinni egalladi va bitta domen oqsillari to'plamida 2-o'rinni egalladi, shu bilan birga eng yuqori darajadagi serverlardan 50 baravar tezroq edi.[4]

Mundarija

HH-qidiruv va HHblitsdan tashqari, HH-to'plamda formatlarni konversiya qilish, MSA-larni filtrlash, profil HMM-larini yaratish, MSA-larga ikkilamchi tuzilma bashoratlarini qo'shish, dastur chiqindilaridan hizalanmalar olish va hosil qilish uchun dasturlar va perl-skriptlar mavjud. moslashtirilgan ma'lumotlar bazalari.

xxblits(Takroriy ravishda) HHblits ma'lumotlar bazasini so'rovlar ketma-ketligi yoki MSA bilan qidirish
hhsearchMSA yoki HMM so'rovi bilan HMMlarning HHsearch ma'lumotlar bazasini qidiring
hhmakeMSA kirishidan HMM yarating
hhfilterMSA-ni maksimal ketma-ketlik identifikatori, qamrov doirasi va boshqa mezonlarga ko'ra filtrlang
hhalignIkkita HMM / MSA uchun juftlik bo'yicha tekislashni, nuqta uchastkalarini va boshqalarni hisoblang
reformat.plBir yoki bir nechta MSAlarni qayta formatlash
addss.plQo'shish Psipred MSA yoki HHM fayliga ikkinchi darajali tuzilishni bashorat qilgan
hhmakemodel.plHHsearch yoki HHblits natijalaridan MSA yoki qo'pol 3D modellarni yarating
hhblitsdb.plOld filtrlash, paketlangan MSA / HMM va indeks fayllari bilan HHblits ma'lumotlar bazasini yarating
multithread.plKo'p fayllar uchun buyruqni bir nechta ish zarrachalari yordamida parallel ravishda bajaring
splitfasta.plKo'p qatorli FASTA faylini bir nechta ketma-ketlikdagi fayllarga ajratish
renumberpdb.plKiritilgan ketma-ketlik indekslariga mos keladigan tarzda raqamlari o'zgartirilgan PDB faylini yarating

HHblits va HHsearch-ning HMM-HMM tekislash algoritmi yordamida sezilarli darajada tezlashdi vektor ko'rsatmalari HH-to'plamining 3-versiyasida.[13]

Adabiyotlar

  1. ^ Debian hhsuite to'plami
  2. ^ a b Söding J (2005). "HMM-HMM taqqoslash orqali oqsil homologiyasini aniqlash". Bioinformatika. 21 (7): 951–960. doi:10.1093 / bioinformatika / bti125. PMID  15531603.
  3. ^ a b Remmert M, Biegert A, Hauser A, Söding J (2011). "HHblits: HMM-HMM hizalamasi bo'yicha chaqmoq tezkor iterativ oqsillar ketma-ketligi" (PDF). Nat. Usullari. 9 (2): 173–175. doi:10.1038 / NMETH.1818. hdl:11858 / 00-001M-0000-0015-8D56-A. PMID  22198341. S2CID  205420247.
  4. ^ a b Söding J, Biegert A, Lupas AN (2005). "Protein homologiyasini aniqlash va tuzilishini bashorat qilish uchun HHpred interaktiv server". Nuklein kislotalarni tadqiq qilish. 33 (Veb-server muammosi): W244-248. doi:10.1093 / nar / gki408. PMC  1160169. PMID  15980461.
  5. ^ HHpred-ga havolalar, HHsearch-ga, HHblits-ga
  6. ^ a b Jaroszewski L, Rychlewski L, Godzik A (2000). "Alacakaranlık zonalarini tekislash sifatini oshirish". Proteinli fan. 9 (8): 1487–1496. doi:10.1110 / ps.9.8.1487. PMC  2144727. PMID  10975570.
  7. ^ Sadreyev RI, Beyker D, Grishin NV (2003). "COMPASS tomonidan profil-profil taqqoslashlari oqsilli oilalar o'rtasidagi murakkab homologiyalarni bashorat qilmoqda". Proteinli fan. 12 (10): 2262–2272. doi:10.1110 / ps.03197403. PMC  2366929. PMID  14500884.
  8. ^ Dunbrack RL Jr (2006). "Tartibni taqqoslash va oqsil tuzilishini bashorat qilish". Strukturaviy biologiyaning hozirgi fikri. 16 (3): 374–384. doi:10.1016 / j.sbi.2006.05.006. PMID  16713709.
  9. ^ Li, Chjaoy. "HHSuite haqida ba'zi eslatmalar". Olingan 3 aprel 2019.
  10. ^ Guerler A, Govindarajoo B, Zhang Y (2013). "Monometik ipni oqsil-oqsil tuzilishini bashorat qilish bilan xaritalash". Kimyoviy ma'lumot va modellashtirish jurnali. 53 (3): 717–25. doi:10.1021 / ci300579r. PMC  4076494. PMID  23413988.
  11. ^ Shablonlarga asoslangan modellashtirish toifasi uchun rasmiy CASP9 natijalari (121 ta maqsad)
  12. ^ Barcha 147 maqsadlar uchun rasmiy CASP9 natijalari
  13. ^ Steinegger M, Meier M, Mirdita M, Vöhringer H, Haunsberger S, Söding J (2019). "HH-suite3 uzoqdan homologiyani aniqlash va oqsillarni chuqur izohlash uchun". BMC Bioinformatika. 20 (1): 473. doi:10.1186 / s12859-019-3019-7. PMC  6744700. PMID  31521110.

Shuningdek qarang

Tashqi havolalar