16. 10. 2019. 18:15h, Matematički fakultet, sala 718

Are Proteins composed of little structural bricks?

Alexandre G. de Brevern

U sredu 16. oktobra, sa početkom u 18:15 sati, u sali 718 na Matematičkom fakultetu biće održan sastanak seminara Bioinformatika.

Abstract

The protein structures are classically described as composed of two regular states, the α-helices and the β-strands and one non-regular and variable state, the coil. Nonetheless, the representation of only two repetitive states hides other interesting repetitive structures, e.g., PolyProline II helix [1], or super secondary motifs. The definition of secondary structures is often considered as fixed and ideal. In fact, the rules for secondary structure assignments are complex and can also bias our analyses [2]. It is so interesting to look at other complementary description such as sets of small prototypes or "structural alphabets", able to analyze local protein structures and to approximate every part of the protein backbone. The principle of a structural alphabet is simple. A set of average local protein structures is firstly designed. They approximate (efficiently) every part of the structures. As one residue is associated to one of these prototypes, we can translate the 3D information of the protein structures as a series of prototypes (letters) in 1D, as the amino acid sequence.

Structural alphabets have also been used to predict the protein backbone conformation and in ab initio / de novo methods. Our structural alphabet is composed of 16 mean protein fragments of 5 residues in length, called Protein Blocks (PBs) [3]. They have been used both to describe the 3D protein backbones and to perform a local structure prediction. PBs have been cited in more than 350 publications worldwide from the prediction of long fragments, to definition of binding site [4]. We have used this approach to compare / superimpose protein structures. The assessment of a simple approach done on the classical benchmark sets was surprisingly excellent. It is equivalent or better than the best actual approaches [5] and still is. Moreover, PBs can be used to assess protein flexibility with efficiency [6].

Reference

[1] Mansiaux Y., Joseph A.P., Gelly J.-C., de Brevern A.G. (2011) Assignment of PolyProline II conformation and analysis of sequence - structure relationship Plos One 6(3): e18401.

[2] Tyagi M., Bornot A., Offmann B., de Brevern A.G. (2009) Analysis of loop boundaries using different local structure assignment methods, Protein Science 18(9):1869-81.

[3] de Brevern A.G., Etchebest C. & Hazout S. (2000) Bayesian probabilistic approach for predicting backbone structures in terms of protein blocks, Proteins, 41:271-87.

[4] Joseph A.P., Agarwal G., Mahajan S., Gelly J.-C., Swapna L.S., Offmann B., Cadet F., Bornot A., Tyagi M., Valadié H., Schneider B., Etchebest C., Srinivasan N., de Brevern A.G. (2010) A short survey on Protein Blocks, Biophysical Reviews 2(3):137-145.

[5] Joseph A.P., Srinivasan N., de Brevern A.G. (2012) Progressive structure-based alignment of homologous proteins: Adopting sequence comparison strategies, Biochimie 94:2025-34.

[6] Narwani T.J., Craveur P., Shinada N.K., Floch A., Santuz H., Vattekatte A.M., Srinivasan N., Rebehmed J., Gelly J.-C., Etchebest C., de Brevern A.G. (2019) Discrete analyses of protein dynamics, JBSD (2019) in press.

Predavači

Alexandre G. de Brevern, (1) INSERM UMR-S 1134, DSIMB, (2) Univ Paris, (3) Institut National de Transfusion Sanguine, (4) GR-Ex laboratoire d’excellence, Paris, France.

Organizatori

Rukovodioci seminara su prof. dr Gordana Pavlović-Lažetić, prof. dr Nenad Mitić i Anđela Rodić.

 

22. maj 2019. u 18:15h, Matematički fakultet, sala 718

Dinamika regulacije restrikciono-modifikacionih sistema bakterija: od biofizičkih modela ka sintetičkoj biologiji

Anđela Rodić i Stefan Graovac

U sredu 22. maja, sa početkom u 18:15 sati, u sali 718 na Matematičkom fakultetu biće održan sastanak seminara Bioinformatika.

Apstrakt

Restrikciono-modifikacioni (R-M) sistemi su male genske mreže bakterija, često u potpunosti kodirane plazmidima, koje obezbeđuju ekspresiju dva enzima: restrikciona endonukleaza (RE) seče specifične DNK sekvence, dok ih metiltransferaza (MT) štiti od sečenja. Osnovni zadatak R-M sistema je da brane bakterijsku ćeliju od unete strane DNK, a da pritom ne oštete genom domaćina. Kako bi ekspresija navedenih enzima bila strogo kontrolisana u novonaseljenoj bakteriji i, naročito, da bi uključivala kašnjenje pojave RE koje obezbeđuje dovoljno vremena za početnu, zaštitnu metilaciju genoma, iznenađujuće, R-M sistemi se oslanjaju na veliki broj različitih regulatornih svojstava, kao što su specijalizovani transkripcioni faktori (C proteini), njihovo kooperativno vezivanje, preklopljeni promotori, antisens RNK, odsustvo mesta za vezivanje ribozoma sa transkripta, i dr. Imajući u vidu imunsku funkciju koju dele svi R-M sistemi, pretpostavili smo da nekoliko odabranih osobina dinamike ekspresije sistema, koje su odgovorne za bezbedno i efikasno uspostavljanje sistema u novom domaćinu, uslovljava dizajn regulacije sistema. Zatim smo, kombinacijom termodinamičkog i dinamičkog modelovanja i biohemijskih eksperimenata, analizirali četiri R-M sistema koja koriste veoma različite mehanizme regulacije transkripcije i pokazali da se dizajn svakog od ovih sistema može objasniti predloženim dinamičkim principima [1-4]. Međutim, bakterije u prirodnoj sredini mogu da se nađu u veoma različitim globalnim fiziološkim uslovima, koji vode značajnim razlikama u brzini rasta ćelija. Zato se postavlja pitanje, u kojoj meri efekati dinamike populacije utiču na unutarćelijsku dinamiku ekspresije RE i MT, kao i da li su nađeni dinamički principi robusni u odnosu na promene brzine rasta ćelije. Koristeći prva raspoloživa merenja na nivou pojedinačnih ćelija kod R-M sistema [1], pokazali smo da je uključivanje efekata dinamike populacije neophodno da bi se kvantitativno objasnila eksperimentalna merenja [5]. Takođe, naši preliminarni rezultati ukazuju na to da je regulacija R-M sistema dizajnirana (odnosno optimizovana evolucijom) tako da poveća robusnost dinamičkih osobina sistema (npr. odnosa RE i MT u stacinarnom stanju) u odnosu na promene brzine rasta ćelija. Sa stanovišta bioinžinjerskih primena, raznovrsna regulatorna svojstva i evolucioni principi dizajna pronađeni u R-M sistemima mogu da posluže kao gradivni blokovi, odnosno smernice u konstruisanju veštačkih genskih kola u sintetičkoj biologiji.

Reference

[1] Morozova N, Sabantsev A, Bogdanova E, Fedorova Y, Maikova A, Vedyaykin A, Rodic A, Djordjevic M, Khodorkovskii M, Severinov, Nucleic Acids Research 44:790, 2016.

[2] Rodic A, Blagojevic B, Zdobnov E, Djordjevic M and Djordjevic M, BMC Systems Biology 11:377, 2017.

[3] Rodic A, Blagojevic B and Djordjevic M, In Systems Biology (pp. 37-58). SpringerNature, 2018.

[4] Klimuk E, Bogdanova E, Nagornykh M, Rodic A, Djordjevic M, Medvedeva S, Pavlova O, Severinov K, Nucleic Acids Research 46:10810, 2018.

[5] Graovac S, Rodic A, Djordjevic M, Severinov K, Djordjevic M, Molecules 24:198, 2019.

Predavači

Anđela Rodić i Stefan Graovac, Biološki fakultet.

Organizatori

Rukovodioci seminara su prof. dr Gordana Pavlović-Lažetić, prof. dr Nenad Mitić i Anđela Rodić.

 

Click here to view other events

Get RSS Feed rss

Subscribe to Bioinfo@Matf