단백질 구조 이니셔티브

Protein Structure Initiative
PSI 로고

단백질 구조 이니셔티브(PSI)는 구조 유전체학의 발견을 가속화하고 생물학적 기능을 이해하는 데 기여하는 것을 목적으로 하는 미국 기반의 프로젝트였다.[1]2000~2015년 미국 국립일반의학연구소(NIGMS)의 자금 지원을 받아 3차원 단백질 구조를 결정하는 데 필요한 비용과 시간을 줄이고, 막단백질을 비롯한 구조생물학의 난해한 문제를 해결하는 기법을 개발하는 것이 목적이었다.12개 이상의 연구 센터들이 PSI의 지원을 받아 고투과 구조 유전체 파이프라인의 구축 및 유지, 계산 단백질 구조 예측 방법 개발, PSI에서 생성된 정보 정리 및 전파, 광범위한 연구를 위한 고투과 구조 결정 적용 등을 수행해 왔다.중요한 생물학적, 생물의학상의 문제들null

그 프로젝트는 세 단계로 나뉘어져 있다.단백질구조 이니셔티브(PSI-1) 1단계는 2000년부터 2005년까지 진행되었으며, 고투과 구조 결정의 실현 가능성 입증, 고유 단백질 구조 해결, 후속 생산 단계 준비 등에 전념하였다.[2]두 번째 단계인 PSI-2는 PSI-1에서 개발된 고투과 구조 결정 방법의 구현과 더불어 막 단백질 모델링과 같은 병목현상을 해결하는 데 초점을 맞췄다.[3]3단계인 PSI:생물학은 2010년에 시작되었고 광범위한 생물학적, 생물학적 문제를 연구하기 위해 고투과 구조 결정을 적용하는 조사관 네트워크로 구성되었다.[4]PSI 프로그램은 2015년 7월 1일에 종료되었으며,[5] 심지어 일부 PSI 센터는 다른 자금 조달 메커니즘에 의해 지원되는 구조 결정을 계속한다.null

1단계

단백질 구조 이니셔티브 1단계(PSI-1)는 2000년 6월부터 2005년 9월까지 지속되었으며, NIGMS가 국립 알레르기 및 감염병 연구소의 지원을 받아 주로 2억 7천만 달러의 예산을 지원했다.[2]PSI-1은 아라비도피스 탈리아나, 새노르하브디티, 미코박테리움 결핵 등 다양한 유기체의 구조유전체학 연구에 초점을 맞춘 9개의 파일럿 센터를 설립했다.[2]이 5년 동안 1,100개 이상의 단백질 구조가 결정되었고, 700개 이상의 단백질 구조가 알려진 다른 단백질 구조와 30%의 염기서열 유사성 때문에 "유일성"으로 분류되었다.[2]null

PSI-1의 1차 목표는 구조 결정 프로세스를 합리화하는 방법을 개발하는 것으로, 일련의 기술적 진보를 초래했다.PSI-1에서 대장균, 피치아 목사, 곤충 세포 라인과 같은 시스템에서 재조합 단백질의 발현을 강화한 몇 가지 방법이 개발되었다.로봇과 소프트웨어 플랫폼을 단백질 생산 파이프라인에 통합해 필요한 인력을 최소화하고 속도를 높이고 비용을 절감하는 세포 복제, 표현, 단백질 정화에 대한 새로운 간소화된 접근법도 도입됐다.[6]null

2단계

2단계 단백질 구조 이니셔티브(PSI-2)는 2005년 7월부터 2010년 6월까지 계속되었다.PSI-1에 도입된 방법을 활용해 다량의 단백질을 결정하고 구조유전체 파이프라인의 효율화를 위한 개발을 지속하는 것이 목표였다.PSI-2는 NIGMS가 국립연구자원센터의 지원을 받아 5년간 3억2500만달러의 예산을 지원했다.이 단계가 끝날 무렵, 단백질 구조 이니셔티브는 4,800개가 넘는 단백질 구조를 해결했다; 4,100개가 넘는 단백질 구조는 독특했다.[7]null

단백질 구조 이니셔티브에 의해 단백질 데이터 뱅크에 축적된 단백질 구조의 시간에 따른 성장을 보여주는 막대 차트

PSI-2 기간 동안 후원 연구소의 수는 14곳으로 늘어났다.4개 센터는 대규모 센터로 선정되었으며, 광범위한 연구 커뮤니티가 지명한 목표물에 15%의 노력을 기울여야 하며, 생물학적 관련성 목표에는 15%의 노력을 기울여야 하며, 광범위한 구조적 적용범위에 70%의 노력을 기울여야 한다. 이들 센터는 구조 유전체학을 위한 공동 센터(JCSG), 중서부 구조 유전체학 센터(MCSG), 북부 지역이었다.East Structural Genomics Consortium(NESG)과 뉴욕 SGX Study Center for Structural Genomics(NYSGXRC)이다.PSI-2에 참여하는 새로운 센터에는 다음과 같은 4개의 전문 센터가 포함되었다.Accelerated Technologies Center for Gene to 3D Structure (ATCG3D), the Center for Eukaryotic Structural Genomics (CESG), the Center for High-Throughput Structural Biology (CHTSB), a branch of the Structural Genomics of Pathogenic Protozoa Consortium taking that institution's place), the Center for Structures of Membrane Proteins (CSMP), and the NeW York Consortium on Membrane 단백질 구조 (NYCOMPS.공동분자모델링센터(JCMM)와 고해상도 비교모델링(NMHRCM) 등 호몰로지 모델링센터 2곳과 PSI 재료 저장소(PSI-MR)와 PSI 구조생물학 지식베이스(SBKB) 등 2곳의 자원센터도 추가됐다.[8]TB 구조 유전체학 컨소시엄은 PSI-1에서 PSI-2로 전환하면서 지원 연구 센터 명단에서 제외되었다.[2]

원래 2008년 2월에 출시된 SBKB는 단백질 서열과 키워드 검색에 대한 정보와 더불어 대상 선택, 실험 프로토콜, 구조 모델, 기능 주석, 전반적인 진행상황에 대한 측정, 구조 결정 기술 업데이트 등을 기술하는 모듈을 제공하는 무료 자원이다.PDB와 마찬가지로 박사에 의해 연출된다.헬렌 M.Berman과 Rutgers 대학에서 주최했다.null

2006년 하버드 프로테오믹스 연구소에 설립된 PSI 물질 저장소는 PSI에서 생성된 플라스미드 복제품을 저장 및 출하한다.[9]클론은 시퀀스로 검증되고 주석을 달며 현재 애리조나 주립대학의 바이오데시그 연구소에 위치한 DNASU 플라스미드 리포지토리에 저장된다.[10]2011년 9월 현재 비PSI 소스에서 생성된 147,000개 이상의 클론 외에 DNASU를 통해 요청에 사용할 수 있는 PSI 생성 플라스미드 클론 및 빈 벡터가 50,000개 이상 있다.플라스미드는 전 세계 연구자들에게 분포한다.현재 PSI:생물학 자료 저장소로 불리는 이 자원은 5년간 540만 달러의 예산을 가지고 있으며 2009년 중반 PSI:생물학-MR을 가지고 애리조나 주립대학으로 옮긴 [11]조슈아 라바어 박사의 지휘를 받고 있다.null

3단계

PSI의 3단계는 PSI:생물학이라고 불렸으며, 작업의 생물학적 관련성에 중점을 두는 것을 반영하기 위한 것이었다.[4]이 단계 동안, 고도로 조직화된 조사관 네트워크는 PSI의 초기 단계 동안에 성공적으로 개발된 고투과 구조 결정의 새로운 패러다임을 적용하여 광범위한 생물학적, 생물학적 문제를 연구하고 있었다.네트워크에는 고투과 구조 결정을 위한 센터, 막 단백질 구조 결정을 위한 센터, 고투과 가능 구조 생물학 파트너십을 위한 컨소시엄, SBKB와 PSI-MR이 포함되었다. 2013년 9월, NIH는 3단계 PSI가 2015년에 종료된 후 PSI가 갱신되지 않을 것이라고 발표했다.null

임팩트

대규모 PSI 센터인 뉴욕 SGX Structural Genomics for Structural Genomics가 해결한 단백질 구조의 하나인 PDB structure 2p69.이 인산염은 비타민 B의6 신진대사에 관여한다.

2006년 1월 현재 전세계 구조 유전체학(SG) 생산량의 약 3분의 2가 PSI 센터에서 생산되었다.[12]이러한 PSI 기여도 중 20% 이상이 새로운 Pfam 제품군을 나타냈으며, 비 SSG 평균은 5%[12]에 불과했다.pfam 계열은 배열된 게놈에서 예측한 바와 같이 구조적으로 구별되는 단백질 집단을 나타낸다.알려진 구조의 동음이의어를 대상으로 하지 않는 것은 VOLAST와 PSI-BLAST와 같은 시퀀스 비교 도구를 사용하여 이루어졌다.[12] 새로운 PFAM 패밀리의 발견에 의해 결정되는 새로운 차이처럼 PSI는 또한 비 SG 노력보다 더 많은 SCOP 접힘과 슈퍼 패밀리를 발견했다.2006년 PSI에 의해 해결된 구조물의 16%는 새로운 SCOP 접힘과 슈퍼 패밀리를 나타내는 반면, 비 SG 평균은 4%[12]를 나타냈다.이러한 새로운 구조를 해결하는 것은 PSI의 주요 목표 중 하나인 단백질 접힘 공간의 커버리지 증가를 반영한다.[1]새로운 단백질의 구조를 결정하면 동종학 모델링을 통해 동일한 구조군에서 다른 단백질의 접히는 정도를 보다 정확하게 예측할 수 있다.null

4개의 대규모 PSI 센터가 해결한 구조는 대부분 기능 주석이 부족한 반면, 나머지 PSI 센터 중 다수는 생물학적 기능이 알려진 단백질의 구조를 결정한다.예를 들어, TB 구조 유전체학 컨소시엄은 기능적으로 특징적인 단백질에만 초점을 맞췄다.PSI-1 기간 동안, 2007년까지 해결된 총 M. 결핵 구조의 35% 이상을 차지하는 마이코박테리움 결핵으로부터 70개 이상의 고유 단백질에 대한 구조물을 침전시켰다.[13]인산염의 커버리지를 높이기 위한 생물 의학 테마를 따라, NYSGXRC는 모든 인산염의 약 10%에 대한 구조를 결정했다.[14]null

PSI 컨소시엄은 단백질 구조 예측의 상태와 진행 상황을 결정하기 위한 지역사회 전체의 2년마다 실시되는 실험인 단백질 구조 예측 기법의 비판적 평가(CASP)의 대상을 압도적으로 많이 제공했다.[15][16][17]null

PSI:생물학 단계에서의 주요 목표는 이니셔티브의 첫 10년 동안 개발된 고투과 방법을 활용하여 기능 연구를 위한 단백질 구조를 생성함으로써 PSI의 생물학적 영향을 넓히는 것이다.또한 막단백질에 대한 지식과 이해를 증진시킬 것으로 기대된다.[citation needed]null

비판

PSI는 구조 생물학계로부터 주목할 만한 비판을 받아왔다.이러한 혐의들 중 하나는 X선 결정학 또는 NMR 분광학에 의해 결정되는 단백질 원자 좌표의 PDB 파일인 PSI의 주요 생산물이 생물학자들이 이 프로젝트의 7억 6천 4백만 달러의 비용을 정당화하기에 충분히 유용하지 않다는 것이다.[18][19]비평가들은 현재 PSI에 지출된 돈이 그렇지 않았다면 그들이 더 가치 있다고 생각하는 것에 자금을 댈 수 있었을 것이라고 지적한다.

PSI에 매년 6천만 달러의 공적 자금이 낭비되고 있는 것은 약 100–200개의 개인 조사자가 시작한 연구 보조금을 지원하기에 충분하다.이러한 가설 주도의 제안은 과학 기업의 생명선이며, 최근에 다른 칼럼에서 논의한 바와 같이, 무엇보다도 그들의 비용으로 대규모 이니셔티브에 자금을 대는 증가 추세에 의해 빨려들어 가고 있다.연간 6천만 달러가 전형적인 NIH 연구소의 급여를 약 6퍼센트 포인트 인상할 것이며, 이는 동료 검토와 많은 중요한 과학의 지속에 큰 차이를 만들기에 충분하다.[19]null

— Gregory Petsko, PhD

이에 대한 짧은 답변이 발표되었다.[20]

결론적으로 과학 연구, 그리고 그 연구에 의해 추진되고 추진되는 첨단 기술들이 끊임없이 그리고 빠르게 진화하고 있다는 것을 명심해야 한다.페츠코의 비판 중 일부는 건설적이며, 정책 입안자들이 주목해야 한다.그러나 우리는 아기를 목욕물과 함께 버려서는 안 되며, 오히려 PSI의 범위와 목표를 SGPLE, SGC 및 기타 유럽의 구조 유전체학/프로토믹스 프로젝트의 정신에 따라 생명과학계 전체의 요구에 맞추어야 한다.[21]그러한 건설적인 접근법이 채택된다면, 우리는 PSI와 그 사촌들이 제공하는 구조적 데이터가 게놈 서열만큼 가치 있는 자원이 될 것이라고 확신한다.

2008년 10월 NIGMS는 구조 유전체학 활동의 미래에 관한 회의를 개최하고 PSI 자문 위원회, NIGMS 자문 위원회 위원, PSI에 이전에 관여하지 않았던 관심 있는 과학자들을 초대했다.다른 유전체학, 단백질학, 구조 유전체학 이니셔티브의 대표자와 학계, 정부, 산업계의 과학자들도 포함되었다.이 회의와 PSI 자문위원회의 후속 권고를 바탕으로 2009년 1월 제3단계 PSI가 무엇을 수반할 수 있는지를 설명하는 개념 정리 문서가 발표되었다.[22][23]가장 눈에 띄는 점은 PSI 연구의 대다수가 연구계가 PSI 제품을 보다 쉽게 접할 수 있도록 노력하는 것뿐만 아니라 보다 광범위한 연구 공동체에 관심 있는 단백질에 초점을 맞추도록 파트너십과 협업을 크게 강조한 것이다.[24]null

PSI:생물학에 대한 허가 신청은 2009년 10월 29일까지 제출되었다.위의 3단계 섹션을 참조하십시오.null

외부 링크

참조

  1. ^ a b PSI Assessment Panel. "Report of the Protein Structure Initiative Assessment Panel". Archived from the original on January 13, 2009. Retrieved December 5, 2008.
  2. ^ a b c d e "Protein Structure Initiative (Pilot Phase) Fact Sheet". Protein Structure Initiative. Archived from the original on October 1, 2008. Retrieved October 12, 2008.
  3. ^ "Protein Structure Initiative (Production Phase) Fact Sheet". Protein Structure Initiative. Archived from the original on June 27, 2011. Retrieved October 12, 2008.
  4. ^ a b "Protein Structure Initiative:Biology". Protein Structure Initiative. Archived from the original on June 27, 2011. Retrieved October 12, 2008.
  5. ^ "A bittersweet celebration of crystallography". Nature Methods. 11 (6): 593. 2014-06-01. doi:10.1038/nmeth.2995. ISSN 1548-7091.
  6. ^ "2004 PSI Protein Production and Crystallization Workshop". National Institute of General Medical Sciences. 2004. Archived from the original on October 12, 2008. Retrieved October 14, 2008.
  7. ^ "PSI Metrics Summary". Nature Publishing Group. Retrieved November 14, 2008.
  8. ^ "Protein Structure Initiative Structural Biology Knowledgebase (SBKB)". Protein Structure Initiative Structural Biology Knowledgebase (SBKB). Retrieved October 12, 2008.
  9. ^ "PSI Materials Repository". Harvard Institute of Proteomics. Archived from the original on September 28, 2009. Retrieved November 16, 2008.
  10. ^ "DNASU Plasmid Repository at Arizona State University Biodesign Institute".
  11. ^ "Protein Structure Initiative Launches New Resources for the Scientific Community". National Institute of General Medical Sciences. Archived from the original on May 17, 2008. Retrieved November 16, 2008.
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  23. ^ Lila Gierasch (January 2009). "Protein Structure Initiative Advisory Committee (PSIAC): Recommendations for the Future of the PSI". National Institute of General Medical Sciences. Archived from the original on January 30, 2009. Retrieved June 5, 2009.
  24. ^ "Concept Clearance: High-Throughput Structural Biology". National Institute of General Medical Sciences. January 23, 2009. Archived from the original on June 4, 2009. Retrieved June 5, 2009.