Bioinformatik-Ressourcen zur Untersuchung von Glykan-vermittelten Proteininteraktionen

In der Bioinformatik geht es darum, mit Hilfe von Computern Fragen in der Biologie zu lösen. Bei Glycoinformatics geht es darum, mit Computern Fragen in der Glykobiologie zu lösen. Mit Glykoinformatik entwickeln wir Datenbanken, die Glykomik oder Glykoproteomik-Daten speichern, die durchsucht oder durchsucht werden können, und wir entwickeln auch Werkzeuge, um diese Daten zu visualisieren und zu vergleichen.

Die Rolle von Glykanen wird zunehmend als wichtig für Gesundheit und Krankheit anerkannt, und die Glykoinformatik versucht, dies ebenfalls voranzubringen. Catherine Hayes ist ausgebildet in Glykobiologie und arbeitet als Data Scientist. Julien Mariethoz ist ausgebildeter Informatiker und koordiniert die Entwicklung von Datenbanken und Tools.

Gehen Sie auf die Website glycoproteome.expasy. org/glycomics-expasy und aktivieren Sie im Menü ganz links das Kontrollkästchen Glykoproteine. Das Blasendiagramm auf der rechten Seite zoomt in die Blase, die dieser Kategorie entspricht, und klickt dann auf die GlyConnect-Blase, um die GlyConnect-Startseite in einem neuen Tab zu öffnen.

Wählen Sie die Proteinschaltfläche aus und geben Sie auf der Proteinansichtsseite Prostata in das Suchfenster ein. Klicken Sie auf 790, das der gemeinsamen Isoform des prostataspezifischen Antigens oder PSA entspricht. Klicken Sie anschließend in der oberen mehrfarbigen Leiste auf die Quellschaltfläche in Grün, um die Beispieltypen anzuzeigen, aus denen die veröffentlichten Daten verarbeitet wurden.

Klicken Sie auf die Schaltfläche Krankheit, um den gesundheitsbezogenen Inhalt der Datenbank zu überprüfen. Klicken Sie dann auf die Strukturschaltfläche, um die vollständige Liste der 135 Strukturen anzuzeigen, die mit PSA aus Glycomics-Daten verknüpft sind. Klicken Sie auf die Kompositionsschaltfläche für die zugehörigen 78 Zusammensetzungen, die durch Glykoproteomik-Experimente bestimmt wurden.

Klicken Sie auf eine beliebige Struktur oder Komposition, um weitere Details zu erhalten. Um die Mehrdeutigkeit von Kompositionen zu reduzieren, klicken Sie auf vorgeschlagene Struktur unter einer ausgewählten Komposition. Ein Vorschlag wird jedes Mal gemacht, wenn die Monosaccharidzahl mit der einer gelisteten Struktur übereinstimmt.

Um die Proteinseite vollständig zu erkunden, sehen Sie sich weitere Details auf der rechten Seite der Seite an. Gehen Sie auf die Octopus-Homepage, um das Vorhandensein gemeinsamer struktureller Merkmale in der Vielfalt der an PSA gebundenen Glykane zu bestätigen, halten Sie die Registerkarte N-Linked standardmäßig ausgewählt, wechseln Sie zur Unterregisterkarte Kerne und klicken Sie auf das Hybridsymbol. Gehen Sie dann zur Unterregisterkarte Eigenschaften, wählen Sie das sialylierte Symbol aus und klicken Sie auf die grüne Suchschaltfläche.

Bewegen Sie im angezeigten Diagramm der Beziehungen den Mauszeiger über H6N4F1S1, um Verbindungen zu sieben Proteinen in drei Strukturen hervorzuheben. Vergleichen Sie dies, indem Sie mit der Maus über H6N4F2S1 fahren, das die beiden Isoformen von PSA hervorhebt. Bewegen Sie den Mauszeiger über die Struktur-ID, um ihre SNFG-Darstellung anzuzeigen, und klicken Sie darauf, um die entsprechende Seite zu öffnen.

Ändern Sie die mittleren Knoten in Gewebe und platzieren Sie dann den Cursor auf Urin oder Samenflüssigkeit in der Mitte des Diagramms, um verschiedene Assoziationen anzuzeigen. Ändern Sie die mittleren Knoten in Krankheit, um 13 Optionen anzuzeigen, von denen eine Prostatakrebs ist. Das einzige assoziierte Protein ist PSA.

Klicken Sie anschließend auf die Schaltfläche Löschen, um die Suche zu aktualisieren. Wechseln Sie zur Unterregisterkarte Eigenschaften und klicken Sie auf das Symbol für zwei Antennen. Gehen Sie dann zur Unterregisterkarte Determinanten, wählen Sie das 3-Sialyl-LN-Symbol vom Typ zwei aus und klicken Sie auf die grüne Suchschaltfläche.

Überprüfen Sie die vom Oktopus gewonnenen Assoziationen mit Bi-Antennen-Glykanen, die ein terminales 3-Sialyl-LN-Typ-Zwei-Motiv enthalten. Ändern Sie die mittleren Knoten in Gewebe, um das Lesen zu erleichtern, und bewegen Sie den Mauszeiger über KLK3_human, um die Samenflüssigkeit direkt mit der gemeinsamen PSA-Isoform und sieben Strukturen zu verbinden. Gehen Sie zurück zur Proteinseite, in diesem Fall PSA, um den Scan potenzieller Beziehungen zwischen jeder Zusammensetzung in einer Liste davon durchzuführen.

Klicken Sie auf der rechten Seite der PSA-Einstiegsseite auf den Compozitor-Link. Stellen Sie sicher, dass die Compozitor-Suchfelder mit den Details des ID 790-Eintrags auf der Registerkarte "Protein" vorausgefüllt sind. Klicken Sie auf die Schaltfläche Zur Auswahl hinzufügen, um Daten aus der Datenbank abzurufen.

Deaktivieren Sie die Option Virtuelle Knoten einschließen und klicken Sie dann auf die Schaltfläche Diagramm berechnen, um ein Diagramm anzuzeigen, das einen gut verbundenen Satz von 78 Kompositionen zeigt, die das PSA-N-Glykomm darstellen, und ein Balkendiagramm, das die Hauptmerkmale der Glykane zeigt. Verbleiben Sie in der Hauptproteinregisterkarte und wählen Sie die prostataspezifische Antigen-High-Pi-Isoform im Proteinfeld aus. Klicken Sie auf die Schaltfläche Zur Auswahl hinzufügen, um Daten aus der Datenbank abzurufen, die sich auf 57 Kompositionen beläuft.

Klicken Sie auf die Schaltfläche Diagramm berechnen, um die überlagerten Graphen beider Isoformen zu generieren und die Unterschiede in den Glycome der beiden PSA-Isoformen zu bewerten. Besuchen Sie die Website www.unilectin. eu und klicken Sie auf die Schaltfläche UniLectin3D.

Klicken Sie auf die Glykan-Suchschaltfläche und dann auf den violetten Diamanten, der eine Sialinsäure darstellt, die zur Anzeige aller Glykanbindungsmotive aufruft, die mit einer in der Datenbank gespeicherten Sialinsäure enden. Klicken Sie auf das 3-Sialyl-LN-Typ-Zwei-Motiv, um die Anzeige aller Lektine aufzufordern, für die eine 3D-Struktur bekannt ist, die die Interaktion mit 3-Sialyl-LN Typ zwei bestätigt. Die Option "Suche nach Feld".

Im Artenbereich Typ Homo sapiens. Klicken Sie auf die Schaltfläche Röntgenstrukturen erkunden, um die ursprüngliche Liste herauszufiltern. Es bleibt nur ein Eintrag übrig, nämlich das menschliche Galectin-8.

Klicken Sie auf die Schaltfläche 3D-Struktur und Informationen, um detaillierte Informationen über menschliches Galectin-8 anzuzeigen, das mit 3-Sialyl-LN Typ zwei interagiert. Greifen Sie mit zwei verschiedenen Zuschauern auf die Strukturinformationen zu menschlichem Galectin-8 zu, die auf der Seite angezeigt werden. Halten Sie die Maus, um das Molekül umzudrehen und den Liganden mit der LiteMol-Software in den Vordergrund zu rücken.

Bewegen Sie den Mauszeiger über die aufgelisteten Interaktionen auf der linken Seite, um die Ansicht auf der rechten Seite zu aktualisieren und zu lokalisieren, wo diese bestimmte Interaktion in der Struktur mit der PLIP-Software wirkt. Durchsuchen Sie den HGI-Datensatz von der GlyConnect-Homepage aus, indem Sie direkt zu dem referenzierten Artikel auf dieser Seite gelangen. Klicken Sie auf den Compozitor-Link auf der rechten Seite der Referenzeintragsseite, um die Konsistenz des Datensatzes zu bewerten.

Das Suchfeld wird bereits mit einem Verweis auf die DOI-Nummer auf der Registerkarte "Erweitert" des Tools ausgefüllt. Geben Sie glycan_type=O-linked nach der DOI-Nummer ein, um die Suche auf O-verknüpfte Glykane einzugrenzen. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Zur Auswahl hinzufügen, um die Daten aus der Datenbank abzurufen.

Lassen Sie die Option Virtuelle Knoten einschließen ausgewählt und klicken Sie auf die Schaltfläche Diagramm berechnen, um das Diagramm der verbundenen Kompositionen anzuzeigen. Gehen Sie zum Protein-Tab von GlyConnect Compozitor und wählen Sie aus der Proteinliste Inter-Alpha-Trypsin-Inhibitor-Schwerketten-H4 aus. Stellen Sie sicher, dass die Artenauswahl standardmäßig Homo sapiens ist. Deaktivieren Sie N-Linked im Glykantyp.

Wählen Sie in der Site-Liste nur THR 725 aus und klicken Sie auf die Schaltfläche Zur Auswahl hinzufügen. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Diagramm berechnen, um das Diagramm der verbundenen Kompositionen anzuzeigen. Um die virtuellen Knoten zu verstehen, klicken Sie auf die Exportschaltfläche unter dem Diagramm.

Wählen Sie nur virtuell aus und klicken Sie auf das Zwischenablagesymbol, um die Auswahl von acht Kompositionen zu kopieren. Fügen Sie die Auswahl in das Abfragefenster der benutzerdefinierten Registerkarte von Compozitor ein. Legen Sie die Auswahlbeschriftung im Feld Zusammensetzungen fest, wählen Sie O-Linked im Feld Glykantyp und klicken Sie auf die Schaltfläche Zur Auswahl hinzufügen.

Klicken Sie abschließend auf die Schaltfläche Diagramm berechnen. Die gewebeabhängigen Assoziationen zwischen Proteinen und Glykanen werden in dieser Ausgabe von GlyConnect Octopus gezeigt. Alle menschlichen Proteine, die hybride und sialylierte Glykanstrukturen mit den Geweben tragen, in denen sie exprimiert werden, werden in dieser Ausgabe angezeigt.

Die Assoziationen mit Urin werden hervorgehoben und zeigen zwei Proteine, Choriogonadotropin oder GLHA human und PSA gemeinsame Isoform oder KLK3 human, die mit den verstreuten Glykanstrukturen verbunden sind. In ähnlicher Weise werden die Assoziationen mit Samenflüssigkeit hervorgehoben, die zwei Proteinisoformen von PSA zeigen, die mit den gruppierten Glykanstrukturen verbunden sind. Die überlagerten N-Glycomes der beiden Isoformen von PSA sind in der Ausgabe von GlyConnect Compozitor dargestellt.

Blaue Knoten stellen die Glykane dar, die mit der gemeinsamen Isoform assoziiert sind, und die der hohen Pi-Isoform werden als rote Knoten dargestellt. Die Überlappung zwischen Glycomes wird als Magenta-Knoten dargestellt. Zahlen innerhalb der Knoten stellen die Anzahl der Glykanstrukturen dar, die der markierten Zusammensetzung gemäß dem Inhalt der GlyConnect-Datenbank in Bezug auf PSA entsprechen.

Es wurde gezeigt, dass das in GlyConnect gezeigte PSA-Glycome über das 3-Sialyl-LN-Typ-Zwei-Terminal-Epitop mit Galectin-8 in UniLectin3D korreliert. Dies bietet ein wahrscheinliches, aber nicht garantiertes Szenario für Protein-Protein-Interaktionen, die durch Glykane vermittelt werden. Ein hochwertiger Satz von O-Glykan-Zusammensetzungen, die mit menschlichem Serum assoziiert sind, wurde untersucht und mit dem GlyConnect-Datenbankinhalt verglichen, wodurch die Möglichkeit bestand, eine Glykanzusammensetzungsdatei für die verfeinerte Identifizierung der Glykopeptide anzupassen.

Es könnte sich auf den minimalen Satz von 20 Kompositionen stützen, die aus einem Datensatz verfügbar sind, oder mit 23 bis 26 Elementen erweitert werden, die rational in GlyConnect gesammelt wurden, um die Konsistenz des Satzes zu stärken. Aus diesem Protokoll ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass ein Glycome nicht auf eine Liste von Elementen beschränkt werden kann. Und genau mit Glykoinformatik-Tools können Sie die Abhängigkeiten zwischen diesen Elementen aufzeigen, die letztendlich ihre Funktion erklären.