酵素配列の類似性により、種間経路の比較のための反応アライメント法が改善されます

経路ベースの情報は、進化的関係を確立し、種間の化学物質または医薬品の作用様式を理解することの両方の重要な情報源となっています。経路の異種の比較は、2つの幅広い質問に対処できます。比較の比較は、進化的関係に情報を提供し、薬物や毒性検査を含むさまざまな用途で使用される種の違いを推定するためです。代謝経路の異種の比較は、モデル化および比較できる経路の複数の特徴があるため、複雑です。提案されているさまざまな方法の中で、NCBIの分類法に基づいて系統発生関係を予測する上で最も成功した反応アライメントが浮上しています。反応アライメント法に加えて、配列の類似性を考慮することにより、反応アライメント法の改善を提案します。ヒトおよび一部のモデル生物や試験種を含む9つの種を使用して、解糖およびクエン酸サイクル経路の保存を分析することにより、標準および改善された比較方法を評価します。さらに、中心代謝の9つの経路から取得された累積情報を占めることにより、生物の比較をどのように実施できるかを示し、9つの種すべてに共通する36の経路を含むより完全な研究を実証します。我々の結果は、酵素配列の類似性との反応アライメントにより、NCBIの分類法に基づく経路特異的交差種の類似性と相違点をより正確に表現することを示しています。

Pathway-based information has become an important source of information for both establishing evolutionary relationships and understanding the mode of action of a chemical or pharmaceutical among species. Cross-species comparison of pathways can address two broad questions: comparison in order to inform evolutionary relationships and to extrapolate species differences used in a number of different applications including drug and toxicity testing. Cross-species comparison of metabolic pathways is complex as there are multiple features of a pathway that can be modeled and compared. Among the various methods that have been proposed, reaction alignment has emerged as the most successful at predicting phylogenetic relationships based on NCBI taxonomy. We propose an improvement of the reaction alignment method by accounting for sequence similarity in addition to reaction alignment method. Using nine species, including human and some model organisms and test species, we evaluate the standard and improved comparison methods by analyzing glycolysis and citrate cycle pathways conservation. In addition, we demonstrate how organism comparison can be conducted by accounting for the cumulative information retrieved from nine pathways in central metabolism as well as a more complete study involving 36 pathways common in all nine species. Our results indicate that reaction alignment with enzyme sequence similarity results in a more accurate representation of pathway specific cross-species similarities and differences based on NCBI taxonomy.