قاعدة بيانات التصنيف البنيوي للبروتينات

الموسوعة الحرة

قاعدة بيانات التصنيف البنيوي للبروتينات (SCOP) هي تصنيف يدوي إلى حد كبير للمجالات البنيوية للبروتينات، يعتمد على أوجه التشابه في بنيتها وتسلسل الأحماض الأمينية . ويكمن الدافع وراء هذا التصنيف في تحديد العلاقة التطورية بين البروتينات. تُصنف البروتينات ذات الأشكال المتشابهة، ولكنها تتشابه بشكل طفيف في التسلسل أو الوظيفة، ضمن عائلات فائقة مختلفة ، ويُفترض أن لها سلفًا مشتركًا بعيدًا جدًا. أما البروتينات ذات الشكل المتشابه، والتي تتشابه إلى حد ما في التسلسل و/أو الوظيفة، فتُصنف ضمن "عائلات"، ويُفترض أن لها سلفًا مشتركًا أقرب.

على غرار قواعد بيانات CATH و Pfam ، يوفر SCOP تصنيفًا للمجالات الهيكلية الفردية للبروتينات، بدلاً من تصنيف البروتينات بأكملها التي قد تشمل عددًا كبيرًا من المجالات المختلفة.

قاعدة بيانات SCOP متاحة مجانًا على الإنترنت. أُنشئت SCOP عام 1994 في مركز هندسة البروتين ومختبر البيولوجيا الجزيئية . [ 3 ] تولى أليكسي ج. مورزين وزملاؤه صيانتها في مركز هندسة البروتين حتى إغلاقه عام 2010، ثم نُقلت لاحقًا إلى مختبر البيولوجيا الجزيئية في كامبريدج، إنجلترا. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 1 ]

توقف العمل على SCOP 1.75 في عام 2014. ومنذ ذلك الحين، تولى فريق SCOPe من جامعة كاليفورنيا في بيركلي مسؤولية تحديث قاعدة البيانات بطريقة متوافقة، باستخدام مزيج من الأساليب الآلية واليدوية. اعتبارًا من أبريل 2019 أحدث إصدار هو SCOe 2.07 (مارس 2018). [ 2 ]

صدرت قاعدة بيانات التصنيف البنيوي للبروتينات، الإصدار الثاني (SCOP2)، في مطلع عام 2020. تضمن التحديث الجديد مخططًا مُحسَّنًا لقاعدة البيانات، وواجهة برمجة تطبيقات جديدة، وواجهة ويب مُطوَّرة. يُعد هذا التحديث الأهم من نوعه الذي أجرته مجموعة كامبريدج منذ إصدار SCOP 1.75، وهو مبني على التطورات التي طرأت على المخطط في النموذج الأولي لـ SCOP 2. [ 7 ]

التنظيم الهرمي

مصدر بنى البروتينات هو بنك بيانات البروتينات . وحدة تصنيف البنية في SCOP هي نطاق البروتين . ويُستدل على المقصود بـ "النطاق" في SCOP من خلال قولهم إن البروتينات الصغيرة ومعظم البروتينات متوسطة الحجم تحتوي على نطاق واحد فقط، [ 8 ] ومن خلال ملاحظة أن الهيموجلوبين البشري، [ 9 ] الذي يمتلك بنية α2β2 ، يُخصص له نطاقان في SCOP، أحدهما للوحدة الفرعية α والآخر للوحدة الفرعية β.

تُسمى أشكال النطاقات "طيات" في SCOP. تشترك النطاقات المنتمية إلى الطية نفسها في نفس البنى الثانوية الرئيسية، وبنفس الترتيب، وبنفس الروابط الطوبولوجية. يتضمن الإصدار 1.75 من SCOP 1195 طية، مع وصف موجز لكل طية. على سبيل المثال، تُوصف الطية "الشبيهة بالغلوبين" بأنها : نواة: 6 حلزونات؛ ورقة مطوية، مفتوحة جزئيًا . يتم تحديد الطية التي ينتمي إليها النطاق بالمعاينة، وليس بواسطة البرمجيات.

مستويات الإصدار 1.75 من SCOP هي كما يلي.

  1. التصنيف : أنواع الطيات، على سبيل المثال، الصفائح بيتا.
  2. الطي: الأشكال المختلفة للمجالات داخل فئة واحدة.
  3. العائلة الفائقة : يتم تجميع المجالات في طية ما في عائلات فائقة، والتي لها على الأقل سلف مشترك بعيد.
  4. العائلة : يتم تجميع المجالات في عائلة فائقة في عائلات، والتي لها سلف مشترك أحدث.
  5. نطاق البروتين: يتم تجميع النطاقات في العائلات في نطاقات بروتينية، وهي في الأساس نفس البروتين.
  6. الأنواع: يتم تجميع المجالات في "مجالات البروتين" وفقًا للأنواع.
  7. النطاق: جزء من البروتين. بالنسبة للبروتينات البسيطة، يمكن أن يكون البروتين بأكمله.

الصفوف الدراسية

تُعدّ فئات طي البروتين أوسع المجموعات في الإصدار 1.75 من قاعدة بيانات SCOP . تُصنّف هذه الفئات البنى ذات التركيب الثانوي المتشابه، ولكنها تختلف في بنيتها الثلاثية العامة وأصولها التطورية. وهذا هو المستوى الأعلى "الجذر" للتصنيف الهرمي في SCOP.

  1. جميع بروتينات ألفا [46456] (284): نطاقات تتكون من حلزونات ألفا
  2. جميع بروتينات بيتا [48724] (174): نطاقات تتكون من صفائح بيتا
  3. بروتينات ألفا وبيتا (أ/ب) [51349] (147): تتكون أساسًا من صفائح بيتا متوازية (وحدات بيتا-ألفا-بيتا)
  4. بروتينات ألفا وبيتا (أ + ب) [53931] (376): بشكل رئيسي صفائح بيتا متوازية عكسيًا (مناطق ألفا وبيتا منفصلة)
  5. البروتينات متعددة المجالات (ألفا وبيتا) [56572] (66): طيات تتكون من مجالين أو أكثر تنتمي إلى فئات مختلفة
  6. البروتينات والببتيدات الغشائية والسطحية للخلايا [56835] (58): لا تشمل البروتينات الموجودة في الجهاز المناعي
  7. البروتينات الصغيرة [56992] (90): عادةً ما يهيمن عليها الرابط المعدني ، والعامل المساعد ، و/أو روابط ثنائي الكبريتيد
  8. البروتينات ذات اللفائف الحلزونية [57942] (7): ليست فئة حقيقية
  9. هياكل البروتينات منخفضة الدقة [58117] (26): الببتيدات والقطع. ليست فئة حقيقية
  10. الببتيدات [58231] (121): الببتيدات والقطع. ليست فئة حقيقية.
  11. البروتينات المصممة [58788] (44): هياكل تجريبية لبروتينات ذات تسلسلات غير طبيعية أساسًا. ليست فئة حقيقية

الرقم بين قوسين، المسمى "sunid"، هو مُعرِّف عددي فريد لكل عقدة في التسلسل الهرمي لـ SCOP . يشير الرقم بين قوسين إلى عدد العناصر في كل فئة. على سبيل المثال، يوجد 284 طية في فئة "جميع بروتينات ألفا". كل عنصر في التسلسل الهرمي هو رابط إلى المستوى التالي فيه.

طيات

تحتوي كل فئة على عدد من الطيات المتميزة. يشير مستوى التصنيف هذا إلى بنية ثلاثية متشابهة، ولكن ليس بالضرورة إلى صلة تطورية. على سبيل المثال، تحتوي فئة "بروتينات ألفا الكاملة" على أكثر من 280 طية متميزة، بما في ذلك: طية شبيهة بالغلوبين (اللب: 6 حلزونات؛ ورقة مطوية، مفتوحة جزئيًا)، ودبوس شعر ألفا طويل (حلزونان؛ دبوس شعر متوازي عكسيًا، التواء يساري)، ومجالات دوكرين من النوع الأول (تكرار متتالي لنمطين من حلقات حلزونية رابطة للكالسيوم، متميز عن يد EF).

العائلات الخارقة

تُصنَّف النطاقات داخل الطيّة إلى عائلات فائقة . وهي أكبر مجموعة من البروتينات التي يكفي التشابه البنيوي بينها للدلالة على القرابة التطورية، وبالتالي تشترك في سلف مشترك. مع ذلك، يُفترض أن هذا السلف بعيد، لأن أعضاء العائلة الفائقة المختلفة لديهم تشابه منخفض في تسلسل الأحماض الأمينية . على سبيل المثال، العائلتان الفائقتان للطيّة "الشبيهة بالغلوبين" هما: عائلة الغلوبين الفائقة وعائلة الفيريدوكسين الحلزونية ألفا الفائقة (التي تحتوي على مجموعتين من Fe4-S4).

العائلات

تكون عائلات البروتينات أكثر ترابطًا من العائلات الفائقة. تُصنف النطاقات في نفس العائلة إذا كانت تشترك في أحد الخصائص التالية:

  1. تطابق تسلسلي يزيد عن 30%
  2. بعض التطابق في التسلسل (على سبيل المثال، 15٪) ويؤديان نفس الوظيفة

يُعدّ التشابه في التسلسل والبنية دليلاً على أن هذه البروتينات تربطها علاقة تطورية أوثق من تلك التي تربط البروتينات في نفس العائلة الفائقة. تُستخدم أدوات التسلسل، مثل BLAST ، للمساعدة في تصنيف النطاقات ضمن العائلات الفائقة والعائلات. على سبيل المثال، العائلات الأربع في العائلة الفائقة "الشبيهة بالغلوبين" ذات الطية "الشبيهة بالغلوبين" هي: الهيموغلوبين المبتور (يفتقر إلى اللولب الأول)، والهيموغلوبين المصغر في الأنسجة العصبية (يفتقر إلى اللولب الأول، ولكنه بخلاف ذلك يُشبه الغلوبينات التقليدية أكثر من الغلوبينات المبتورة)، والغلوبينات (بروتين رابط للهيم)، وبروتينات الفيكوبيلوزوم الشبيهة بالفيكوسيانين (متعددات من نوعين مختلفين من الوحدات الفرعية الشبيهة بالغلوبين تحتوي على لولبين إضافيين في الطرف الأميني، وترتبط بصبغة البيلين ). تُخصص لكل عائلة في SCOP سلسلة تصنيف موجزة، sccs ، حيث يُحدد الحرف الفئة التي ينتمي إليها النطاق. تحدد الأعداد الصحيحة التالية الطية، والفصيلة الفائقة، والعائلة، على التوالي (على سبيل المثال، a.1.1.2 لعائلة "Globin"). [ 10 ]

نطاقات إدخال PDB

يُعدّ "TaxId" رقم تعريف التصنيف، ويرتبط بمتصفح تصنيف NCBI ، الذي يوفر معلومات إضافية حول النوع الذي ينتمي إليه البروتين. يؤدي النقر على نوع أو نظير بروتيني إلى ظهور قائمة بالمجالات. على سبيل المثال، يحتوي بروتين "الهيموجلوبين، السلسلة ألفا من الإنسان (Homo sapiens)" على أكثر من 190 بنية بروتينية محلولة، مثل 2dn3 (المرتبط بـ cmo)، و2dn1 (المرتبط بـ hem وmbn وoxy). من المفترض أن يؤدي النقر على أرقام PDB إلى عرض بنية الجزيء، لكن الروابط معطلة حاليًا (كانت الروابط تعمل في الإصدارات السابقة لـ SCOP).

مثال

تحتوي معظم صفحات قاعدة بيانات SCOP على مربع بحث. يؤدي إدخال عبارة "تربسين + بشري" إلى استرجاع العديد من البروتينات، بما في ذلك بروتين التربسينوجين البشري. يؤدي تحديد هذا الإدخال إلى عرض صفحة تتضمن "السلالة"، والتي تقع في أعلى معظم صفحات SCOP.

سلالة التريبسونوجين البشري
  1. الجذر: سكوب
  2. الفئة: جميع بروتينات بيتا [48724]
  3. طي: بروتيازات السيرين الشبيهة بالتريبسين [50493]
    برميل، مغلق؛ ن=6، س=8؛ مفتاح يوناني
    التكرار: يتكون من نطاقين من نفس الطية
  4. العائلة الفائقة: بروتيازات السيرين الشبيهة بالتريبسين [50494]
  5. العائلة: البروتيازات حقيقية النواة [50514]
  6. البروتين: التربسين (وجين) [50515]
  7. النوع: الإنسان (Homo sapiens) [TaxId: 9606] [50519]

يؤدي البحث عن "Subtilisin" إلى إرجاع البروتين، "Subtilisin من Bacillus subtilis، carlsberg"، مع السلالة التالية.

سوبتيليزين من بكتيريا العصوية الرقيقة، سلالة كارلسبيرغ
  1. الجذر: سكوب
  2. الفئة: بروتينات ألفا وبيتا (أ/ب) [51349]
    تتكون أساسًا من صفائح بيتا متوازية (وحدات بيتا-ألفا-بيتا)
  3. الطي: شبيه بالسابتيليزين [52742]
    ثلاث طبقات: أ/ب/أ، صفيحة بيتا متوازية من 7 خيوط، رقم الرتبة 2314567؛ وصلة تقاطع يسارية بين الخيطين 2 و3
  4. العائلة الفائقة: شبيهة بالسبتيليزين [52743]
  5. العائلة: السبتيليزات [52744]
  6. البروتين: سوبتيليزين [52745]
  7. النوع: Bacillus subtilis، carlsberg [TaxId: 1423] [52746]

على الرغم من أن كلا هذين البروتينين عبارة عن بروتيازات، إلا أنهما لا ينتميان حتى إلى نفس الطية، وهو ما يتوافق مع كونهما مثالاً على التطور التقاربي .

مقارنة بأنظمة التصنيف الأخرى

يعتمد تصنيف SCOP على القرارات اليدوية بشكل أكبر من التصنيف شبه الآلي الذي يوفره CATH ، منافسه الرئيسي. تُستعان بالخبرة البشرية لتحديد ما إذا كانت بروتينات معينة مرتبطة تطوريًا ، وبالتالي يجب تصنيفها ضمن نفس العائلة الفائقة ، أو ما إذا كان تشابهها ناتجًا عن قيود هيكلية، وبالتالي تنتمي إلى نفس البنية . أما قاعدة البيانات الأخرى، FSSP ، فهي مُنشأة تلقائيًا بالكامل (بما في ذلك التحديثات التلقائية المنتظمة)، ولكنها لا تُقدم أي تصنيف، مما يسمح للمستخدم باستخلاص استنتاجاته الخاصة حول أهمية العلاقات الهيكلية بناءً على المقارنات الثنائية لهياكل البروتينات الفردية.

خلفاء SCOP

بحلول عام 2009، صنّفت قاعدة بيانات SCOP الأصلية 38,000 مدخلًا من PDB يدويًا ضمن بنية هرمية صارمة. ومع تسارع وتيرة نشر هياكل البروتينات، لم تستطع أتمتة التصنيف المحدودة مواكبة هذا التطور، مما أدى إلى مجموعة بيانات غير شاملة. وفي عام 2012، أُصدرت قاعدة بيانات التصنيف الهيكلي للبروتينات الموسّع (SCOPe) مع أتمتة أكبر بكثير للنظام الهرمي نفسه، وهي متوافقة تمامًا مع الإصدار 1.75 من SCOP. وفي عام 2014، أُعيد إدخال المراجعة اليدوية إلى SCOPe للحفاظ على دقة تحديد البنية. وبحلول فبراير 2015، صنّف الإصدار 2.05 من SCOPe 71,000 مدخلًا من إجمالي 110,000 مدخلًا في PDB. [ 11 ]

كان النموذج الأولي SCOP2 نسخة تجريبية من نظام التصنيف البنيوي للبروتينات، ويهدف إلى استيعاب التعقيد التطوري الكامن في تطور بنية البروتين. [ 12 ] ولذلك، فهو ليس مجرد تسلسل هرمي بسيط، بل شبكة رسوم بيانية موجهة غير دورية تربط بين عائلات البروتينات الفائقة، ممثلةً العلاقات البنيوية والتطورية، مثل التبديلات الدائرية ، واندماج النطاقات ، وتحللها. ونتيجةً لذلك، لا تُفصل النطاقات بحدود ثابتة صارمة، بل تُحدد بعلاقاتها مع أكثر البنى الأخرى تشابهًا. استُخدم النموذج الأولي لتطوير قاعدة بيانات SCOP الإصدار 2. [ 7 ] يحتوي الإصدار 2 من SCOP، الذي صدر في يناير 2020، على 5134 عائلة و2485 عائلة فائقة، مقارنةً بـ 3902 عائلة و1962 عائلة فائقة في SCOP 1.75. تُنظم مستويات التصنيف أكثر من 41000 نطاق غير متكرر، تمثل أكثر من 504000 بنية بروتينية.

قاعدة بيانات التصنيف التطوري لمجالات البروتين (ECOD)، التي صدرت عام 2014، تُشبه توسعة SCOPe لإصدار SCOP 1.75. على عكس SCOPe المتوافقة، تُعيد ECOD تسمية التسلسل الهرمي للفئة-الطية-العائلة الفائقة-العائلة إلى مجموعة بنية-X-تماثل-طوبولوجيا-عائلة (A-XHTF)، حيث يُحدد المستوى الأخير في الغالب بواسطة Pfam ويُستكمل بتجميع HHsearch للتسلسلات غير المصنفة. [ 13 ] تتميز ECOD بأفضل تغطية لقاعدة بيانات البروتينات (PDB) من بين جميع الإصدارات الثلاثة اللاحقة: فهي تُغطي كل بنية PDB، ويتم تحديثها كل أسبوعين. [ 14 ] وقد أثبت الربط المباشر مع Pfam فائدته لمنسقي Pfam الذين يستخدمون فئة مستوى التماثل لتكملة تجميع "العشيرة" الخاص بهم. [ 15 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 أندريفا أ، هاورث د، شاندونيا ج م، برينر س إ، هوبارد ت ج، تشوثيا س، مورزين أ ج (يناير 2008). "نمو البيانات وتأثيره على قاعدة بيانات SCOP: تطورات جديدة" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 36 (عدد قواعد البيانات): D419-25. doi : 10.1093/nar/ gkm993 . PMC 2238974. PMID 18000004 .  
  2. 1 2 تشاندونيا جيه إم، فوكس إن كيه، برينر إس إي (يناير 2019). "سكوب: تصنيف البنى الجزيئية الكبيرة في التصنيف البنيوي للبروتينات - قاعدة بيانات موسعة" . أبحاث الأحماض النووية . 47 (D1): D475– D481. doi : 10.1093/nar/gky1134 . PMC 6323910. PMID 30500919 .  
  3. ↑ مورزين إيه جي، برينر إس إي، هوبارد تي، تشوثيا سي (أبريل 1995). "سكوب: قاعدة بيانات لتصنيف البروتينات هيكليًا لدراسة التسلسلات والبنى". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 247 (4): 536-540 . doi : 10.1016/S0022-2836(05)80134-2 . PMID 7723011 . 
  4. ↑ هوبارد تي جيه ، آيلي بي، برينر إس إي ، مورزين إيه جي، تشوثيا سي (يناير 1999). "SCOP: قاعدة بيانات للتصنيف البنيوي للبروتينات" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 27 (1): 254-256 . doi : 10.1093/nar/27.1.254 . PMC 148149. PMID 9847194 .  
  5. ^ لو كونتي إل، أيلي بي، هوبارد تي جيه، برينر إس إي، مورزين إيه جي، تشوثيا سي (يناير 2000). "SCOP: تصنيف هيكلي لقاعدة بيانات البروتينات" . أبحاث الأحماض النووية . 28 (1): 257– 9. دوى : 10.1093/نار/28.1.257 . بمك 102479 . بميد 10592240 .  
  6. ↑ أندريفا أ، هاورث د، برينر إس إي، هوبارد تي جيه، تشوثيا سي، مورزين إيه جي (يناير 2004). " قاعدة بيانات SCOP في عام 2004: تحسينات تدمج بيانات البنية وعائلة التسلسل" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 32 (عدد قواعد البيانات): D226-9. doi : 10.1093/nar/gkh039 . PMC 308773. PMID 14681400 .  
  7. 1 2 أندريفا أ، كوليشا إي، غوف ج، مورزين أ.ج. (يناير 2020). "قاعدة بيانات SCOP في عام 2020: تصنيف موسع لمجالات العائلات والفصائل الفائقة التمثيلية لبنى البروتينات المعروفة" . أبحاث الأحماض النووية . 48 (عدد قواعد البيانات): D376– D382 . doi : 10.1093/nar/gkz1064 . PMC 7139981. PMID 31724711 .  
  8. ↑ مورزين إيه جي، برينر إس إي ، هوبارد تي ، تشوثيا سي (أبريل 1995). "سكوب: قاعدة بيانات لتصنيف البروتينات هيكليًا لدراسة التسلسلات والبنى" (ملف PDF) . مجلة البيولوجيا الجزيئية . 247 (4): 536-540 . doi : 10.1016/S0022-2836(05)80134-2 . PMID 7723011. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 26 أبريل 2012. 
  9. ↑ PDB : 2DN1 ​;بارك إس واي، يوكوياما تي، شيباياما إن، شيرو واي، تامي جيه آر (يوليو 2006). "بنية بلورية للهيموجلوبين البشري بدقة 1.25 أنغستروم في أشكاله المؤكسدة، وغير المؤكسدة، وأول أكسيد الكربون". مجلة البيولوجيا الجزيئية . 360 (3): 690-701 . doi : 10.1016/j.jmb.2006.05.036 . PMID 16765986 . 
  10. ↑ لو كونتي إل، برينر إس إي، هوبارد تي جيه، تشوثيا سي، مورزين إيه جي (يناير 2002). "قاعدة بيانات SCOP في عام 2002: تحسينات تستوعب علم الجينوم البنيوي" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 30 (1): 264-267 . doi : 10.1093/nar/30.1.264 . PMC 99154. PMID 11752311 .  
  11. ↑ "ما هي العلاقة بين SCOP وSCOPe وSCOP2؟" . scop.berkeley.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أغسطس 2015 .
  12. ↑ أندريفا أ، هاورث د، تشوثيا س، كوليشا إ، مورزين أ.ج. (يناير 2014). "نموذج SCOP2 الأولي: منهج جديد لاستكشاف بنية البروتين" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 42 (عدد قواعد البيانات): D310-4. doi : 10.1093/nar/gkt1242 . PMC 3964979. PMID 24293656 .  
  13. ↑ تشنغ هـ، وشيفر ر.د، ولياو ي، وكينش ل.ن، وبي ج، وشي س، وكيم ب.هـ، وغريشين ن.ف (ديسمبر 2014). "ECOD: تصنيف تطوري لمجالات البروتين" . مجلة PLOS لعلم الأحياء الحاسوبي . 10 (12) e1003926. Bibcode : 2014PLSCB..10E3926C . doi : 10.1371/journal.pcbi.1003926 . PMC 4256011. PMID 25474468 .  
  14. ↑ "التصنيف التطوري لمجالات البروتين" . prodata.swmed.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 مايو 2019 .
  15. ↑ الجبالي، س.، ميستري، ج.، باتمان، أ.، إيدي، س. ر.، لوتشياني، أ.، بوتر، س. س.، قريشي، م.، ريتشاردسون، ل. ج.، سالازار، ج. أ.، سمارت، أ.، سونهمر، إ. ل.، هيرش، ل.، بالادين، ل.، بيوفيسان، د.، توساتو، س. س.، فين، ر. د. (يناير 2019). "قاعدة بيانات عائلات بروتينات Pfam في عام 2019" . مجلة أبحاث الأحماض النووية . 47 (D1): D427– D432. doi : 10.1093 /nar/gky995 . PMC 6324024. PMID 30357350 .