HMM-HMM比較によるタンパク質相同性の検出

動機：タンパク質相同性の検出と配列アラインメントは、タンパク質構造予測、機能予測、進化の基礎にあります。 結果：プロファイルHMMSのペアワイズアライメントの場合に、プロファイルHidden Markovモデル（HMM）を使用したタンパク質配列のアライメントを一般化しました。このアプローチに基づいて、タンパク質間の遠い相同関係を検出する方法を提示します。このメソッド（HHSEarch）は、SCOP 1.63の3691タンパク質ドメインのデータベースとペアワイズシーケンスのアイデンティティのすべてのデータベースのすべての比較で、BLAST、PSI-BLAST、HMMER、およびプロファイルプロファイル比較ツールProf_simとコンパスとともにベンチマークされています。20％。感度：予測された二次構造がHMMSに含まれる場合、HHSearchは、PSI-BLASTまたはHMMERよりも2.7倍から4.2倍のホモログを検出でき、誤ったレートでコンパスまたはPROF_SIMよりも1.44〜1.9倍多くを検出できます。10％の陽性。プロファイルプロファイルの比較方法よりも改善の約半分は、単純なプロファイルの代わりにプロファイルHMMの使用に起因しています。アライメント品質：高感度は、アライメント品質の向上によって反映されます。HHSearchは、次の最良の方法（コンパス）の1.2、1.7、および3.3倍（「バランス」スコア> 0.3）を生成し、家族、スーパーファミリー、フォールドレベルでPSI-Blastよりも1.6、2.9、9.4倍、Speed：HHSearchは、AMD64 2GHz PCで33秒で3691ドメインに対して200残基のクエリをスキャンします。これは、ProF_SIMの10倍高速で、コンパスの17倍高速です。

MOTIVATION: Protein homology detection and sequence alignment are at the basis of protein structure prediction, function prediction and evolution. RESULTS: We have generalized the alignment of protein sequences with a profile hidden Markov model (HMM) to the case of pairwise alignment of profile HMMs. We present a method for detecting distant homologous relationships between proteins based on this approach. The method (HHsearch) is benchmarked together with BLAST, PSI-BLAST, HMMER and the profile-profile comparison tools PROF_SIM and COMPASS, in an all-against-all comparison of a database of 3691 protein domains from SCOP 1.63 with pairwise sequence identities below 20%.Sensitivity: When the predicted secondary structure is included in the HMMs, HHsearch is able to detect between 2.7 and 4.2 times more homologs than PSI-BLAST or HMMER and between 1.44 and 1.9 times more than COMPASS or PROF_SIM for a rate of false positives of 10%. Approximately half of the improvement over the profile-profile comparison methods is attributable to the use of profile HMMs in place of simple profiles. Alignment quality: Higher sensitivity is mirrored by an increased alignment quality. HHsearch produced 1.2, 1.7 and 3.3 times more good alignments ('balanced' score >0.3) than the next best method (COMPASS), and 1.6, 2.9 and 9.4 times more than PSI-BLAST, at the family, superfamily and fold level, respectively.Speed: HHsearch scans a query of 200 residues against 3691 domains in 33 s on an AMD64 2GHz PC. This is 10 times faster than PROF_SIM and 17 times faster than COMPASS.