Fr-TM-align: フラグメントアラインメントと TM スコアに基づく新しいタンパク質構造アラインメント法

背景: タンパク質の三次構造の比較は、現代の構造生物学のさまざまな分野で使用されています。ほとんどの構造比較方法には、初期シード アライメントの生成が含まれます。このシード アライメントは、構造比較メトリックによって評価されるタンパク質構造のペア間の最適な構造の重ね合わせを提供するために拡張および/または洗練されます。そのような測定基準の 1 つである TM スコアは、一対の構造とカバレッジ間の座標二乗平均平方根偏差の複合構造品質尺度を提供するために最近導入されました。 TM スコアを使用して、TM-align 構造アライメント アルゴリズムが開発されました。このアルゴリズムは、最も一般的に使用されている構造アライメント プログラムよりも精度と範囲が優れていることがよくわかりました。しかし、これが当てはまらない状況も数多くありました。結果: 構造アライメントの品質をさらに向上させるために、整列されたフラグメントペアを使用して初期シードアライメントを生成し、その後動的プログラミングを使用して改良して TM スコアを最大化する Fr-TM-align アルゴリズムが開発されました。 Fr-TM-align の構造アライメント品質を CE や TM-align などの他のプログラムと比較して評価するために、PSI や TM-score などのさまざまなアライメント品質評価スコアを調べました。評価の結果、Fr-TM-align の構造アライメント品質は、CE および TM-align の両方と比較して優れていることが示されました。平均して、Fr-TM-align を使用して生成された構造アライメントは、TM-align によって生成されたものと比較して、より高い TM スコア (約 9%) とカバレッジ (約 7%) を持ちます。 Fr-TM-align は、徹底的な手順を使用して初期シード アライメントを生成します。したがって、このアルゴリズムは TM-align よりも計算コストが高くなります。結論: Fr-TM-align は、フラグメントのアラインメントとアセンブリを使用する新しいアルゴリズムで、TM-align と比較して優れた構造アラインメントを提供します。 Fr-TM-align のソース コードと実行可能ファイルは、http://cssb.biology.gatech.edu/skolnick/files/FrTMalign/ から自由にダウンロードできます。

BACKGROUND: Protein tertiary structure comparisons are employed in various fields of contemporary structural biology. Most structure comparison methods involve generation of an initial seed alignment, which is extended and/or refined to provide the best structural superposition between a pair of protein structures as assessed by a structure comparison metric. One such metric, the TM-score, was recently introduced to provide a combined structure quality measure of the coordinate root mean square deviation between a pair of structures and coverage. Using the TM-score, the TM-align structure alignment algorithm was developed that was often found to have better accuracy and coverage than the most commonly used structural alignment programs; however, there were a number of situations when this was not true. RESULTS: To further improve structure alignment quality, the Fr-TM-align algorithm has been developed where aligned fragment pairs are used to generate the initial seed alignments that are then refined using dynamic programming to maximize the TM-score. For the assessment of the structural alignment quality from Fr-TM-align in comparison to other programs such as CE and TM-align, we examined various alignment quality assessment scores such as PSI and TM-score. The assessment showed that the structural alignment quality from Fr-TM-align is better in comparison to both CE and TM-align. On average, the structural alignments generated using Fr-TM-align have a higher TM-score (~9%) and coverage (~7%) in comparison to those generated by TM-align. Fr-TM-align uses an exhaustive procedure to generate initial seed alignments. Hence, the algorithm is computationally more expensive than TM-align. CONCLUSION: Fr-TM-align, a new algorithm that employs fragment alignment and assembly provides better structural alignments in comparison to TM-align. The source code and executables of Fr-TM-align are freely downloadable at: http://cssb.biology.gatech.edu/skolnick/files/FrTMalign/.