ベータバレル膜タンパク質のアミノ酸置換率の推定から計算されたスコアリングマトリックスを使用したリモートホモログの検出

ベータバレル膜タンパク質（MP）は、グラム陰性菌、ミトコンドリア、葉緑体に含まれています。彼らは細菌の代謝に重要な役割を果たし、そこで細胞内外の溶質の輸送に関与しています。ベータバレルタンパク質は、プロテアーゼ、リパーゼとしても作用する可能性があり、細胞細胞の接着に重要である可能性があります。現在、ベータバレルの約30の非冗長解決された構造があります。bバレルの折り畳みの数はかなり少ないが、既存の構造をテンプレートとして使用してホモロジーモデリングにより、利用可能な構造情報の量を拡大することができる。構造予測の範囲は、既存の構造のリモートホモログを見つけることで拡大することができます。データベース検索の感度とシーケンスアラインメントの品質を改善するために、最初に、ベイジアンモンテカルロアプローチで置換速度を推定することにより、7ベータバレル膜タンパク質の膜貫通セグメントの進化史を研究します。次に、リモートホモログの検出に使用できるTM領域向けに特別に調整された、ベータバレル膜貫通スコアリングマトリックス（BBTM）、アミノ酸置換マトリックスを計算します。次に、その性能を膜タンパク質由来のスコアリングマトリックスPHATおよびSLIMと比較することにより、BBTMマトリックスをテストします。我々の結果は、BBTMマトリックスが膜貫通ベータバレルタンパク質に対する選択性が高いことを示しており、このクラスのタンパク質のリモートホモログのデータベース検索により高い信頼性を持って使用される可能性があることを示しています。

Beta-barrel membrane proteins (MP) are found in Gram-negative bacteria, mitochondria and chloroplasts. They play important roles in metabolism of bacteria, where they are involved in transport of solutes in and out of the cell. Beta-barrel proteins may also act as proteases, lipases and may be important for cell-cell adhesion. Currently, there are about 30 non-redundant solved structures of beta-barrels. Although the number of b-barrel folds is fairly small, it is possible to expand the amount of available structural information by homology modeling using existing structures as templates. The scope of structure prediction may be widened by finding remote homologues of the existing structures. To improve the sensitivity of the database searches and the quality of sequence alignments, we first study evolutionary history of transmembrane segments of 7 beta-barrel membrane proteins by estimating substitution rates with a Bayesian Monte Carlo approach. Next, we calculate amino acid substitution matrices, beta-barrel Transmembrane scoring Matrices (bbTM), specifically tuned for TM regions, which can be used to detect remote homologues. We then test bbTM matrices by comparing their performance with membrane-protein derived scoring matrices PHAT and SLIM. Our results demonstrate that bbTM matrices have higher selectivity towards transmembrane beta-barrel proteins and may be used with higher confidence in database searches for remote homologues of this class of proteins.