酵素機能イニシアチブ
酵素の機能を決定するための共同プロジェクト
酵素機能イニシアチブ（EFI）
形成2010
目的酵素の機能を決定するための堅牢な戦略を開発し、普及させる
本部イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校
主任研究員
ジョン・A・ガールト博士
予算5年間のNIGMSグルー助成金
Webサイトwww.enzymefunction.org

酵素機能イニシアチブ（EFI ）は、統合的な配列・構造ベースのアプローチを通じて酵素の機能を決定するための堅牢な戦略の開発と普及を目指す大規模共同プロジェクトです。 [1] このプロジェクトは、2010年5月に国立総合医学研究所によって、単一の研究グループでは解決できない複雑な生物学的問題の研究を支援するグルーグラントとして資金提供を受けました。[2] [3] EFIは、ゲノム配列解読プロジェクト を通じて発見された膨大な数のタンパク質の機能を特定する方法を開発する必要性によって大きく推進されました。[4]

モチベーション

ゲノム配列解析技術の劇的な進歩により、公開データベースに登録されるタンパク質配列の数は、明らかに指数関数的に増加している。 [5] 配列の流入に対処するため、データベースは計算予測を用いて個々のタンパク質の機能を自動的にアノテーションしている。これらの計算手法は、極めてハイスループットであり、一般的に正確で広範な分類を提供するという利点がある一方で、専らこの手法を用いた結果、タンパク質データベースにおける酵素機能のアノテーションが著しく誤っている。[6] このように、現在利用可能な情報は、多様な生物の細胞代謝を理解するための前例のない機会であり、人間の生活の質を向上させる可能性のある分子や反応を特定する能力も含まれるものの、その潜在能力はまだ十分に発揮されていない。[7]生物学界が新たに発見されたタンパク質を特徴付ける能力は、ゲノム配列解析の速度に追い越されており、機能の割り当て作業は、現在、生物系を詳細に理解する上での律速段階と考えられている。[8]

機能割り当てのための統合戦略

EFIは、機構的に多様な酵素スーパーファミリーの未知のメンバーの基質特異性を予測することにより 、機能割り当てのための統合的な配列構造ベースの戦略を開発しています。[9]このアプローチは、既知の化学的性質、活性部位官能基の同一性、特異性を決定する残基、モチーフ、構造の構成など、特定のスーパーファミリー内の保存された特徴を活用して機能を予測しますが、予測を合理化、洗練、およびテストするには、学際的な専門知識に依存しています。[10] [11] [12]開発中の統合配列戦略は、機能的に未知のあらゆるタンパク質のリガンド特異性 を解読するために一般的に適用できます。 [9]

組織

NIGMSプログラムの規定により、Glue Grantコンソーシアムにはコアリソースとブリッジングプロジェクトが必須です。[3] EFIは、EFIが標的とする機能未知酵素の機能予測を促進するために、バイオインフォマティクス、構造、計算、データ管理の専門知識を提供する6つの科学コアで構成されています。助成金交付開始当初、これらの予測は、アミドヒドロラーゼ、エノラーゼ、GST、HAD、イソプレノイド合成酵素スーパーファミリーを代表する5つのブリッジングプロジェクトによって検証されました。現在、3つのブリッジングプロジェクトが残っています。[9]さらに、2014年には、ラジカルSAMスーパーファミリーとグリシルラジカル酵素スーパーファミリーを探索するための嫌気性酵素学パイロットプロジェクトが追加されました。

科学的コア

バイオインフォマティクス コアは、完全な配列データ セットを収集および整理し、配列類似性ネットワークを生成し、スーパーファミリー メンバーをサブグループおよびファミリーに分類して、その後の注釈転送および機能特性評価のターゲットとして評価することにより、バイオインフォマティクス分析に貢献します。

タンパク質コアは、研究対象となる酵素の クローニング、発現、およびタンパク質精製戦略を開発します。

構造コアは、対象となる酵素の高解像度構造を提供することにより、EFI の 構造生物学コンポーネントを実現します。

計算コアは、実験的に決定されたタンパク質構造と/または相同性モデル化されたタンパク質構造の両方を使用して、対象酵素の予測基質の順位付けされた リストを生成するために、シリコ ドッキングを実行します。

微生物学コアは、遺伝学的手法とメタボロミクスを使用して生体内の機能を調べ、ブリッジング プロジェクトによって決定された 生体外の機能を補完します。

データ・配信コアは実験データ用の公開データベース（EFI-DB）を維持管理している。[13] [14]

橋渡しプロジェクト

エノラーゼスーパーファミリーには、（β/α）7βバレル（TIMバレル）フォールドを持つ進化的に関連した酵素が含まれており、主に金属補助エピマー化/ラセミ化またはカルボキシレート基質のβ脱離を触媒します。[15]

ハロ酸脱水素酵素スーパーファミリーには、ロスマノイドα/βフォールドに挿入された「キャップ」領域を持つ進化的に関連する酵素が含まれており、主に金属補助求核触媒を触媒し、最も頻繁にはリン酸基転移を引き起こします。[16]

イソプレノイド合成酵素（I）スーパーファミリーには、ほとんどがαヘリックス構造を持つ進化的に関連した酵素が含まれており、主にトランスプレニル転移反応を触媒して、伸長または環化されたイソプレン生成物を形成します。[17]

嫌気性酵素学橋渡しプロジェクトでは、ラジカル依存性酵素学を探求します。この酵素学は、鉄硫黄クラスターがS-アデノシルメチオニン（SAM）を切断してラジカル中間体を生成する、あるいはグリシンから水素を引き抜いてグリシルラジカルを生成するといった、特異な化学変換反応を可能にします。これらの酵素を含むスーパーファミリーは、ほとんど未開拓であるため、機能的発見の可能性に満ちています。嫌気性タンパク質生産パイプラインの取得と、ヒト腸内細菌培養用のバイオセーフティレベル2嫌気性チャンバーの設置により、EFIは嫌気性酵素学の探求に向けて準備を整えました。

参加研究者

EFIは、様々な分野の専門知識を持つ12人の研究者で構成されています。[18]

名前 機関 役割
ゲルト、ジョン A. イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校 プログラムディレクター、エノラーゼブリッジングプロジェクトディレクター、データおよび普及コア共同ディレクター
アレン、カレン・N. ボストン大学 HADブリッジングプロジェクトディレクター
アルモ、スティーブン C. アルバート・アインシュタイン医科大学 タンパク質コアおよび構造コアのディレクター
クロナン、ジョン E. イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校 微生物学コア共同ディレクター
ジェイコブソン、マシュー P. カリフォルニア大学サンフランシスコ校 計算コア共同ディレクター
マイナー、ウラデック バージニア大学 データおよび普及コアの共同ディレクター
ポールター、C.デール ユタ大学 イソプレノイド合成酵素ブリッジングプロジェクトディレクター
サリ、アンドレイ カリフォルニア大学サンフランシスコ校 計算コア共同ディレクター
ショイシェット、ブライアン K. カリフォルニア大学サンフランシスコ校 計算コア共同ディレクター
スウィードラー、ジョナサン V. イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校 微生物学コア共同ディレクター
ポラード、キャサリン S. グラッドストーン研究所 ふるい分け家族パイロットプロジェクトのディレクター
ブッカー、スクワイア J. ペンシルベニア州立大学 嫌気性酵素学パイロットプロジェクトディレクター

成果物

EFIの主な成果は、機能割り当てのための統合的な配列／構造戦略の開発と普及です。EFIは現在、2つのハイスループットドッキングツール、タンパク質ファミリー全体内でタンパク質配列を比較するためのウェブツール、そしてタンパク質配列類似性ネットワークに基づいてゲノムコンテキストインベントリを作成するためのウェブツールを提供しています。さらに、戦略が開発されるにつれて、EFIによって生成されたデータとクローンは、いくつかのオンラインリソースを通じて無料で利用できるようになります。[9]

資金調達

EFIは2010年5月に5年間で3,390万ドルの資金提供を受けて設立されました（助成番号GM093342）。[19]

参考文献

  1. ^ 「NIGMSの新たな「接着剤助成金」が未知の酵素に狙いを定める」（プレスリリース）NIGMS. 2010年5月20日. 2012年4月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年4月27日閲覧。
  2. ^ “Glue Grants”. NIGMS. 2013年6月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年4月27日閲覧。
  3. ^ ab 「PAR-07-412: 大規模共同プロジェクト助成金（R24/U54）」NIH/NIGMS . 2012年4月27日閲覧。
  4. ^ 「研究者らが酵素機能の研究に3,390万ドルの助成金を授与」（プレスリリース）。UIUCニュース局。2010年5月20日。 2012年4月27日閲覧。
  5. ^ 「UniProtKB/TrEMBLタンパク質データベースリリース統計」UniProtKB/TrEMBLタンパク質データベース。2015年10月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年4月27日閲覧。
  6. ^ Schnoes, Alexandra M.; Brown, Shoshana D.; Dodevski, Igor; Babbitt, Patricia C. (2009). Valencia, Alfonso (編). 「公開データベースにおけるアノテーションエラー：酵素スーパーファミリーにおける分子機能の誤アノテーション」. PLOS Computational Biology . 5 (12) e1000605. Bibcode :2009PLSCB...5E0605S. doi : 10.1371/journal.pcbi.1000605 . PMC 2781113 . PMID  20011109. 
  7. ^ サガテリアン、アラン;クラバット、ベンジャミン F (2005)。 「ポストゲノム時代におけるタンパク質機能の割り当て」。自然のケミカルバイオロジー。1 (3): 130–42 .土井:10.1038/nchembio0805-130。PMID  16408016。S2CID 86672970  。
  8. ^ Brown, Shoshana; Gerlt, John; Seffernick, Jennifer; Babbitt, Patricia (2006). 「機構的に多様な酵素スーパーファミリーのゴールドスタンダードセット」. Genome Biology . 7 (1): R8. doi : 10.1186/gb-2006-7-1-r8 . PMC 1431709. PMID  16507141 . 
  9. ^ abcd Gerlt JA, Allen KN, Almo SC, Armstrong RN, Babbitt PC, Cronan JE, Dunaway-Mariano D, Imker HJ, Jacobson MP, Minor W, Poulter CD, Raushel FM, Sali A, Shoichet BK, Sweedler JV (2011年11月22日). 「酵素機能イニシアチブ」.生化学. 50 (46): 9950–62 . doi :10.1021/bi201312u. PMC 3238057. PMID 21999478  . 
  10. ^ ソング、リン;カリヤナラマン、チャクラパニ。フェドロフ、アレクサンダーA;フェドロフ、エレナ V;グラスナー、マーガレットE。ブラウン、ショシャナ。インカー、ハイジ・J;バビット、パトリシア C;アルモ、スティーブン C (2007)。 「分岐型N-スクシニルアミノ酸ラセマーゼの機能の予測と割り当て」。自然のケミカルバイオロジー。3 (8): 486–91 .土井:10.1038/nchembio.2007.11. PMID  17603539。S2CID 28679225  。
  11. ^ Hermann, Johannes C.; Marti-Arbona, Ricardo; Fedorov, Alexander A.; Fedorov, Elena; Almo, Steven C.; Shoichet, Brian K.; Raushel, Frank M. (2007). 「構造に基づく機能未知酵素の活性予測」Nature 448 ( 7155 ): 775– 779. Bibcode :2007Natur.448..775H. doi :10.1038/nature05981. PMC 2254328. PMID  17603473 . 
  12. ^ Kalyanaraman, C; Imker, H; Fedorov, A; Fedorov, E; Glasner, M; Babbitt, P; Almo, S; Gerlt, J; Jacobson, M (2008). 「ホモロジーモデリングと仮想スクリーニングによるジペプチドエピメラーゼ酵素機能の発見」. Structure . 16 (11): 1668–77 . doi :10.1016/j.str.2008.08.015. PMC 2714228. PMID  19000819 . 
  13. ^ Pegg, Scott C.-H.; Brown, Shoshana D.; Ojha, Sunil; Seffernick, Jennifer; Meng, Elaine C.; Morris, John H.; Chang, Patricia J.; Huang, Conrad C.; Ferrin, Thomas E. (2006). 「酵素の構造−機能関係を活用した機能推論と実験デザイン：構造−機能リンケージデータベース†」.生化学. 45 (8): 2545–55 . doi :10.1021/bi052101l. PMID  16489747.
  14. ^ 「EFI-DB実験データベース」. 酵素機能イニシアチブ. 2012年4月27日閲覧。
  15. ^ Gerlt, John A.; Babbitt, Patricia C.; Rayment, Ivan (2005). 「エノラーゼスーパーファミリーにおける分岐進化：メカニズムと特異性の相互作用」.生化学・生物理学アーカイブ. 433 (1): 59– 70. doi :10.1016/j.abb.2004.07.034. PMID  15581566.
  16. ^ Burroughs, A. Maxwell; Allen, Karen N.; Dunaway-Mariano, Debra; Aravind, L. (2006). 「HADスーパーファミリーの進化ゲノミクス：ホスホエステラーゼおよび関連酵素スーパーファミリーにおける構造適応と触媒多様性の理解」. Journal of Molecular Biology . 361 (5): 1003–34 . CiteSeerX 10.1.1.420.9551 . doi :10.1016/j.jmb.2006.06.049. PMID  16889794. 
  17. ^ Christianson, David W. (2006). 「テルペノイドシクラーゼの構造生物学と化学」. Chemical Reviews . 106 (8): 3412–42 . doi :10.1021/cr050286w. PMID  16895335.
  18. ^ 「People」. 酵素機能イニシアチブ. 2012年4月27日閲覧。
  19. ^ 「NIGMS Glue Grants Outcomes Assessment」NIGMS. 2012年4月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年4月27日閲覧。
  • 酵素機能イニシアチブ
  • 構造機能連鎖データベース
  • EFI-DB
  • NIGMS 接着剤助成金コンソーシアム
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Enzyme_Function_Initiative&oldid=1322658586」より取得