Anotace a vizualizace sekundární struktury proteinů

Mgr. et Mgr. Adam Midlik, Ph.D.

Doctoral thesis

Annotation and visualization of protein secondary structure

Abstract:

Elementy sekundární struktury (SSE) jsou nedílnou součástí proteinových struktur a jejich uspořádání je charakteristické pro každou proteinovou rodinu. Proto může anotace těchto SSE usnadnit orientaci v množství struktur, jaké je dnes dostupné pro mnoho proteinových rodin. Anotace SSE nám též umožňuje identifikovat a anotovat klíčové regiony, jako jsou aktivní místa a tunely, a posléze zodpovědět klíčové vědecké otázky, například porozumět funkcím proteinů. Nicméně až donedávna neexistovaly automatické metody pro anotaci SSE. Taktéž neexistovaly metody pro nalezení množiny charakteristických SSE (tj. konsensu sekundární struktury), přestože tento konsensus by nám dal užitečný náhled na obecnou architekturu celé rodiny. Tato disertační práce se zaměřuje na několik otázek spojených s anotací SSE. Nejdříve prezentuje SecStrAnnotator, nový nástroj pro automatickou anotaci SSE na základě dodané anotační šablony. Pak demonstruje použití tohoto nástroje pro detailní analýzu SSE v rodině cytochromů P450. Poté představuje nástroj OverProt pro vytvoření konsensu sekundární struktury a databázi jeho výsledků pro všechny dostupné proteinové rodiny. Nakonec ukazuje, jak lze anotované SSE využít v oblasti vizualizace proteinových struktur, konkrétně v rámci nástroje 2DProts pro generování 2D diagramů.

Abstract:

Secondary structure elements (SSEs) are inherent parts of protein structures, and their arrangement is characteristic for each protein family. Therefore, annotation of the SSEs can facilitate orientation in the vast number of structures which is now available for many protein families. The SSE annotation also provides a way to identify and annotate the key regions, like active sites and channels, and subsequently answer the key research questions, such as understanding the protein function. However, until recently, there were no automated methods for annotation of the SSEs. Similarly, there were no methods for finding the set of characteristic SSEs (the secondary structure consensus), though it would provide a useful overview of the general architecture of the whole family. This doctoral thesis addresses several questions related to the SSE annotation. First, it presents SecStrAnnotator, a new tool for automated annotation of SSEs based on a provided annotation template. Then, it demonstrates an application of this tool in a detailed analysis of the SSEs in the cytochrome P450 family. Next, it introduces a tool for creating the secondary structure consensus, OverProt, and a database of its results for all available protein families. Finally, it shows how the SSE annotations can be exploited in the field of protein structure visualization, namely in the 2D diagram generator 2DProts.

Keywords

protein structure, secondary structure element, SSE, annotation, cytochrome P450, CYP, secondary structure consensus, visualization, SecStrAnnotator, OverProt, 2DProts, struktura proteinu, element sekundární struktury, anotace, cytochrom P450, konsensus sekundární struktury, vizualizace

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 7. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 8. 9. 2022
• Supervisor: doc. RNDr. Radka Svobodová, Ph.D.
• Reader: prof. Ing. Vojtěch Spiwok, Ph.D., doc. RNDr. David Šafránek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biomolecular chemistry and bioinformatics / Biomolecular chemistry and bioinformatics