Ponowne odniesienie do przesunięcia chemicznego jądrowego rezonansu magnetycznego
Rereferencyjne przesunięcie chemiczne w jądrowym rezonansie magnetycznym to metoda analizy chemicznej służąca do odniesienia do przesunięcia chemicznego w biomolekularnym jądrowym rezonansie magnetycznym (NMR). Oszacowano, że do 20% przydziałów zmian 13C i do 35% przydziałów zmian 15N ma nieprawidłowe odniesienia. Biorąc pod uwagę, że informacje strukturalne i dynamiczne zawarte w przesunięciach chemicznych są często dość subtelne, krytyczne znaczenie ma właściwe odniesienie do przesunięć chemicznych białek, aby można było wykryć te subtelne różnice. Zasadniczo problem z odniesieniami do przesunięć chemicznych wynika z faktu, że przesunięcia chemiczne są pomiarami częstotliwości względnych, a nie pomiarami częstotliwości bezwzględnych. Ze względu na historyczne problemy z odniesieniami do przesunięć chemicznych, przesunięcia chemiczne są prawdopodobnie najdokładniej mierzalnymi, ale najmniej dokładnie mierzonymi parametrami ze wszystkich Spektroskopia NMR .
Programy do ponownego odniesienia przesunięcia chemicznego białek
Ze względu na wielkość i dotkliwość problemów z odniesieniami do przesunięć chemicznych w biomolekularnym NMR, opracowano szereg programów komputerowych, aby pomóc złagodzić ten problem (zob. podsumowanie w Tabeli 1). Pierwszym programem kompleksowo zajmującym się błędnymi odniesieniami do przesunięć chemicznych w biomolekularnym NMR był SHIFTCOR.
Tabela 1. Podsumowanie i porównanie różnych programów ponownego odniesienia przesunięcia chemicznego i wykrywania błędnego przypisania.
| Program [Odniesienie] | Wykrywa lub wykonuje ponowne odwoływanie się do przesunięcia | Wykrywa poważne błędy przypisania | Wykrywa subtelne błędy przypisania | Odróżnia błędy przypisania od błędów odwołań | Wymaga struktury 3D |
|---|---|---|---|---|---|
| SprawdźShift | Tak | NIE | NIE | NIE | NIE |
| AVS | NIE | Tak | NIE | NIE | NIE |
| LACS | Tak | NIE | NIE | NIE | NIE |
| PSSI | Tak | NIE | NIE | NIE | NIE |
| SHIFTCOR | Tak | Tak | Czasami | Tak | Tak |
| PANAW | Tak | Tak | Tak | Tak | Tak |
SHIFTCOR: oparty na strukturze program korekcji przesunięcia chemicznego
SHIFTCOR to zautomatyzowany program do korekcji przesunięć chemicznych białek, który wykorzystuje metody statystyczne do porównywania i korygowania przewidywanych przesunięć chemicznych NMR (pochodzących z trójwymiarowej struktury białka) względem wejściowego zestawu przesunięć chemicznych zmierzonych eksperymentalnie. SHIFTCOR wykorzystuje kilka prostych podejść statystycznych i z góry określone wartości odcięcia w celu identyfikacji i korygowania potencjalnych błędów odniesienia, przypisania i typograficznych. SHIFTCOR identyfikuje potencjalne problemy z odniesieniami do przesunięć chemicznych, porównując różnicę między średnią wartością każdego zestawu obserwowanych przesunięć szkieletu (1Hα, 13Cα, 13Cβ, 13CO, 15N i 1HN) a odpowiadającymi im przewidywanymi przesunięciami chemicznymi. Różnica między tymi dwoma średnimi skutkuje specyficznym dla jądra przesunięciem chemicznym lub poprawką odniesienia (tj. jedną dla 1H, jedną dla 13C i jedną dla 15N). Aby upewnić się, że niektóre skrajne wartości odstające nie powodują nadmiernego odchylenia tych średnich wartości przesunięcia, średnia obserwowanych przesunięć jest obliczana dopiero po wykluczeniu potencjalnych błędnych przypisań lub błędów typograficznych.
Wyjście SHIFTCOR
SHIFTCOR generuje i raportuje przesunięcia chemiczne lub różnice dla każdego jądra. Wyniki zawierają analizy przesunięć chemicznych (w tym listy potencjalnych błędnych przypisań, oszacowane błędy odniesienia, oszacowany błąd w obliczonym przesunięciu odniesienia (przedział ufności 95%), zastosowane lub sugerowane przesunięcie odniesienia, współczynniki korelacji, wartości RMSD) oraz poprawiony plik przesunięć chemicznych w formacie BMRB (szczegóły na rysunku 1). SHIFTCOR wykorzystuje program do obliczania przesunięć chemicznych SHIFTX do przewidywania przesunięć 1Hα, 13Cα,15N w oparciu o trójwymiarowe współrzędne struktury analizowanego białka. Porównując przewidywane przesunięcia z obserwowanymi przesunięciami, SHIFTCOR jest w stanie dokładnie zidentyfikować przesunięcia referencyjne przesunięć chemicznych, jak również potencjalne błędne przypisania. Kluczowym ograniczeniem podejścia SHIFTCOR jest to, że wymaga, aby struktura 3D białka docelowego była dostępna do oceny przesunięć odniesienia przesunięcia chemicznego. Biorąc pod uwagę, że przypisania przesunięć chemicznych są zwykle wykonywane przed określeniem struktury, szybko zdano sobie sprawę, że konieczne jest opracowanie podejść niezależnych od struktury.
Niezależne od struktury programy korekcji przesunięcia chemicznego
Opracowano kilka metod, które wykorzystują oszacowaną (poprzez przesunięcia 1H lub 13C) lub przewidywaną (poprzez sekwencję) zawartość struktury drugorzędowej analizowanego białka. Programy te obejmują PSSI, CheckShift, LACS i PANAV.
Programy PSSI i PANAV wykorzystują strukturę drugorzędową określoną przez przesunięcia 1H (które prawie nigdy nie są błędnie odwoływane) w celu dostosowania przesunięć 13C i 15N białka docelowego w celu dopasowania do struktury drugorzędowej pochodzącej z 1H. LACS wykorzystuje różnicę między drugorzędowymi przesunięciami 13Cα i 13Cβ wykreślonymi względem drugorzędowych przesunięć 13Cα lub drugorzędowych przesunięć 13Cβ w celu określenia przesunięć odniesienia. Nowsza wersja LACS [68] została dostosowana do identyfikacji błędnego odniesienia przesunięcia chemicznego 15N. Ta nowa wersja LACS wykorzystuje dobrze znaną zależność między przesunięciami 15N i 13Cα (lub przesunięciami 13Cβ poprzedniej reszty. W przeciwieństwie do LACS i PANAV/PSSI, CheckShift wykorzystuje strukturę drugorzędową przewidywaną na podstawie wysokowydajnych programów do przewidywania struktury drugorzędowej, takich jak PSIPRED, aby iteracyjnie dostosować przesunięcia chemiczne 13C i 15N, tak aby ich przesunięcia drugorzędowe odpowiadały przewidywanej strukturze drugorzędowej.Wykazano, że wszystkie te programy dokładnie identyfikują przesunięcia chemiczne białek o nieprawidłowych odniesieniach i odpowiednio ponownie odnoszą się do przesunięć chemicznych białek zdeponowanych w BMRB. Należy zauważyć, że oba LACS i CheckShift są zaprogramowane tak, aby zawsze przewidywały to samo przesunięcie dla przesunięć 13Cα i 13Cβ, podczas gdy PSSI i PANAV nie przyjmują tego założenia.Z reguły PANAV i PSSI zazwyczaj wykazują mniejszy rozrzut (lub odchylenie standardowe) w obliczonych przesunięciach odniesienia, wskazując że te programy są nieco bardziej precyzyjne niż LACS lub CheckShift. Ani LACS, ani CheckShift nie są w stanie obsłużyć białek, które mają bardzo duże (powyżej 40 ppm) przesunięcia odniesienia, podczas gdy PANAV i PSSI wydają się być w stanie poradzić sobie z tego rodzaju anomaliami białka. W niedawnym badaniu program ponownego odniesienia przesunięcia chemicznego (PANAV) został uruchomiony na łącznie 2421 wpisach BMRB, które miały wystarczający odsetek (> 80%) przypisanych przesunięć chemicznych, aby przeprowadzić solidną korektę odniesienia przesunięcia chemicznego. W sumie znaleziono 243 wpisy z przesunięciami 13Cα przesuniętymi o więcej niż 1,0 ppm, 238 wpisów z przesunięciami 13Cβ przesuniętymi o ponad 1,0 ppm, 200 wpisów z przesunięciami 13C' przesuniętymi o więcej niż 1,0 ppm i 137 wpisów z przesunięciami 15N przesuniętymi o więcej niż 1,5 ppm. Z tego badania wynika, że 19,7% wpisów w BMRB zawiera błędne odniesienia. Najwyraźniej odniesienia do przesunięć chemicznych nadal stanowią znaczący i jak dotąd nierozwiązany problem dla społeczności biomolekularnego NMR.
Zobacz też
Ogólne odniesienia
- Wishart, DS; Sykes BD; Richards FM (1992). „Wskaźnik przesunięcia chemicznego - szybka i prosta metoda wyznaczania struktury drugorzędowej białka za pomocą spektroskopii NMR”. Biochemia . 31 (6): 1647–1651. CiteSeerX 10.1.1.539.2952 . doi : 10.1021/bi00121a010 . PMID 1737021 .
- Wishart, DS; Sykes B (1994). „Indeks przesunięcia chemicznego C-13 - prosta metoda identyfikacji struktury drugorzędowej białka przy użyciu danych o przesunięciu chemicznym C-13”. Dziennik biomolekularnego NMR . 4 (2): 171–180. doi : 10.1007/BF00175245 . PMID 8019132 .
- Osapay, K; Sprawa DA (1994). „Analiza przesunięć chemicznych protonów w regularnej drugorzędowej strukturze białek”. Dziennik biomolekularnego NMR . 4 (2): 215–230. doi : 10.1007/bf00175249 . PMID 8019135 .
- Gronenborn AM; Clore GM (1994). „Identyfikacja skrzynek zamykających N-końcową helisę za pomocą przesunięć chemicznych 13C”. Dziennik biomolekularnego NMR . 4 (3): 455–458. doi : 10.1007/bf00179351 . PMID 8019146 .
- Moseley, HN; Sahota G; Montelione GT (2004). „Pakiet oprogramowania do walidacji przypisania do oceny i prezentacji danych przypisania rezonansu białek”. Dziennik biomolekularnego NMR . 28 (4): 341–355. doi : 10.1023/B:JNMR.0000015420.44364.06 . PMID 14872126 .