База даних стрктурних моделей білків і комплексів CSModDB

CSModDB - http://csmoddb.ifbg.org.ua/comodore/

Оскількивиконання наукових задач, передбачених діяльністю ВО CSLabGrid вимагає багаторазового повторення розрахункових Грід-задач, в результаті чого виникає необхідність збереження та каталогування значних об’ємів даних результатів. Зокрема, реконструкція просторової структури ряду α, β і γ тубулінів різного походження, інших білків цітоскелету, а  також їх комплексів з низькомолекулярними лігандами різного походження передбачає застосування стандартного набору теоретичних ресурсоємних алгоритмів і впорядкування та збереження великих об'ємів даних. Тому, ефективне виконання даних задач не можливе без автоматизації процесу збереження та аналізу даних.

З метою забезпечення збереження даних про тривимірні структури білків, їх білок-білкових та білок-лігандних комплексів, отримані за допомогою моделювання структури за гомологією, молекулярною динаміки, докінгу і високо пропускного скринінгу було створено базу даних стрктурних моделей білків і комплексів CSModDB(CytoSkeleton protein MODeling DataBase, http://csmoddb.ifbg.org.ua/comodore/)

CSModDB– це система для дослідження та кооперування дослідницької діяльності між науковцями, які користуються як теоретичними методами на основі ресурсоємних Грід-розрахунків, так і практичними методами досліджень. Таким чином, CSModDBорієнтована в першу чергу на проведення теоретичних досліджень у високо продуктивному Грід-середовищі.

CSModDB, як база даних моделей, містить дані про експериментальні і теоретичні моделі біологічних об’єктів та про їх послідовності. Також CSModDB включає в себе метаданні про структурні моделі, отримані на основі аналізу за допомогою інтегрованих інструментів. Зокрема, для CSModDB розроблені шлюзи та адаптери для з’єднання зі сторонніми спеціалізованими біологічними базами даних (Protein Data Bank, UniProt, PubChem та інші).

Для оцінки і порівняння теоретичних структурних моделей використовуються інструменти перевірки якості структури, провідним з яких є MolProbity. Проведена інтеграція даного інструменту у БД дозволяє уникнути кількох додаткових кроків по оцінці якості моделей сторонніми інструментами і збереженні цих результатів, а також додає інтегральний показник якості моделей MolProbity Score.

Робота з білок-лігандними комплексами, отриманими в результаті докінгу або високо пропускного скринінгу вимагає швидкої оцінки положення ліганду та визначення його білкового оточення і контактів. Для цього було інтегрованого аплет візуалізації координатних файлів Jmolта розроблено інтерфейс управління аплетом та ряд скриптів для роботи з білком і лігандами.

Аналіз трьохвимірної структури доповнено аналізом вторинної структури та відносної експонованності амінокислотних залишків за допомогою DSSP та PoliView відповідно.

Загалом CSModDB, включає інструменти перевірки та структурного аналізу моделей MolProbity, DSSP, PoliView, PyMol, VMD та інші. Дані інструменти дають можливість отримати дані про результати перевірки якості моделей, забезпечити трьохвимірну інтерактивну і статичну візуалізацію та надати інформацію про вторинну структуру.

На сьогоднішній день у CSModDB вже налічується: 48 експериментальних перевірених на якість моделей-кандидатів на роль шаблонів для моделювання рослинних білків цитоскелету, серед яких: 21 комплекс тубулінів, 18 FtsZ, 7 кінезинів, 97 білкових амінокислотних послідовностей, 34 ліганди.

Висновки:

CSModDB представляю собою систему збереження результатів структурного моделювання білків та їх комплексів і результатів проведення докінгу та високо пропускного скринінгу – комплексів білків з лігандами. Таким чином, CSModDB реалізує собою відкритий для користувачів ВО репозиторій повних моделей білків, макромолекулярних комплексів, низькомолекулярних речовин, даних супутніх експериментів та розрахунків

Окрім того, CSModDB забезпечую зв’язок отриманих даних зі спеціалізованим науковими базами даних та уніфіковані для Грід-середовища процедури створення, оптимізації, перевірки якості та аналізу структурних моделей. Система представлення даних, набір аналітичних інструменті та система розмежування прав доступу CSModDB розроблені для сприяння кооперування дослідників для вирішення спільних задач на рівні окремих дослідницьких груп та  віртуальних організацій.