Strukturna predikcija funkcije proteina i odnos funkcionalnih kategorija i neuređenosti

Abstract

Proteini predstavljaju najvazniju grupu biomolekula u zivom svetu. Ra- zlicite funkcije koje imaju u svakom organizmu jedinstvene su i nezamenljive, pocev od raznovrsnih celijskih procesa, preko njihove strukturalne uloge, uloge katalizatora, velikog broja metabolickih funkcija i slicno. Poznavanje i razumevanje funkcija proteina je stoga esencijalno u istrazivanju bilo kog bioloskog procesa, sa posebnim naglaskom na oboljenja ljudi, s obzirom da se mnoga od njih mogu pojaviti zbog funkcionalnih mutacija. U ovom radu bice predstavljeno istrazivanje ovog domena kroz dva razlicita pristupa. U prvom, funkcija proteina posmatrana je kroz GO ontologije, koje podrazumevaju predstavljanje funkcije proteina kroz tri velika usme- rena aciklicka grafa funkcija: jedan je vezan za bioloske procese, drugi za celijske komponente, a treci za molekulsku funkciju. Svaki od njih sadrzi vise hiljada cvorova, pri cemu svaki cvor odreduje specicniju funkciju od svojih predaka. Zadatak ovog dela istrazivanja je razvoj prediktora funkcije proteina na osnovu njene primarne sekvence primenom metode struktural- nih podrzavajucih vektora koja predstavlja generalizaciju poznate metode podrzavajucih vektora na strukturalni izlaz. Jedno od osnovnih nacela molekularne biologije predstavlja paradigma struk- tura-funkcija po kojoj je 3D struktura proteina blisko povezana sa njegovom ulogom u organizmu. Utvr eno je da su neure eni proteini (kojima ne- dostaje 3D struktura) kao i neure eni delovi proteina u vezi sa teskim savre- menim bolestima i kao takvi su predmet aktuelnih istrazivanja. U drugom pravcu razmatrana je veza funkcionalnih kategorija proteina sa njihovom neuredenoscu, kao i sa drugim zicko-hemijskim karakteristikama proteina. Funkcija proteina ovde je posmatrana kroz 25 osnovnih funkcija proteina koje su grupisane u 4 funkcionalne grupe. U ovoj disertaciji su prikazani rezul- tati detaljne analize nad velikim skupom proteina za koje je neure enost odre ena primenom javno dostupnih alata...

Proteins represent the most important groups of biomoleculs. Dierent functions that they carry out in each organism are unique and irreplaceable, including versatile cellular processes, structural role of proteins, catalytic function, a number of metabolic functions and so on. Knowing and under- standing protein function is therefore essential in investigation of any biolo- gical process, especially of human diseases since a lot of them are caused by functional mutations. In this paper, we represent investigation of protein function domain through two dierent approaches. In the rst one, protein function is represented by GO ontologies with the structure of a directed acyclic graph. There are three GO ontologies: one for functions regarding biological processes, one for functions regarding cellular components and one for molecular functions. Each ontology contains several thousands of nodes, where every node deter- mines more specic function than his ascendants. The task of this part of research was to develop a software for predicting protein function from its primary sequence based on structural support vector machines method which represents generalization of well-known support vector machines method on structural output. Structure-function paradigm is one of basic concepts in molecular biology, stating that 3D proten structure is closely connected to its role in organism. It has been detected that disordered proteins (the ones that lack 3D struc- ture) and disordered regions of proteins are related with severe contemporary illnesses, which contributed to their popularity in modern research. In an- other aspect, we investigated the relationship between proteins' functional categories and their disorder, as well ad with other physico-chemical char- acteristics of proteins. Here, protein function has been observed through 25 elementary functions grouped in 4 functional groups. In this work, we present results of thorough analysis over large protein dataset where dis- order has been determined computationally, using publicly available tools...