Rapid Determination of Protein Structures in Solution Using NMR Dipolar Couplings

Abstract

Zur Bestimmung einer NMR Struktur folgen der Aufnahme der NMR Spektren zwei arbeitsintensive Schritte. Der erste ist die Zuordnung des Protein Backbones, der zweite die Strukturrechnung. Beide sind sehr zeitintensiv. Wir präsentieren die Programme MARS und ITAS, um diese zu beschleunigen.MARS ist ein Programm für die robuste Zuordnung der Resonanzen des Backbones von 13C/15N markierten Proteinen. MARS optimiert die lokale und globale Qualität der Zuordnungen um die Fortpflanzung anfänglicher Zuordnungsfehler zu minimieren und eine Aussage über besonders zuverlässige Zuordnungen machen zu können. Es nutzt eine große Breite von NMR Daten und toleriert unvollständige Daten. Erstmalig ist es auch möglich, mit Hilfe von Sequenz, Strukturvorschlägen und dipolaren Kopplungen Zuordnungen zu bekommen. Durch die Verwendung von dipolaren Kopplungen kann bei Verwendung von vorhandenen Strukturdaten, die Qualität der Zuordnung dramatisch verbessert werden, auch wenn die NMR Daten sehr unvollständig sind.ITAS berechnet gleichzeitig Strukturen und die Zuordnung von NMR Daten und dipolaren Kopplungen. Bei bisherigen Ansätzen ist eine sequentielle Zuordnung Bedingung für eine Strukturrechnung. Ander bei ITAS. Anhand einer partiellen Zuordnung wird ein Strukturmodel bestimmt, mit dessen Hilfe die Zuordnung verbessert wird, die wiederum für die Bestimmung eines besseren Models genutzt werden kann. Vier bis acht dieser iterativen Schritte, bei denen MARS eine Zuordnung und RosettaNMR das Strukturmodel macht, reichen aus, um eine fast vollständige Zuordnung und einen guten Backbone RMSD zu erhalten.Die automatisierte Zuordnung alleine ist wesentlich zeitsparender als die manuelle. Die ITAS Methode erlaubt es sogar, zwei zeitintensive Schritte dramatisch zu verkürzen.