PDB-IHMとIntegrativeモデリング
PDB-IHMはIntegrative/Hybridモデリング法によって得られた構造モデルの登録およびアーカイブシステムです。複雑な高分子アセンブリの構造は、構造をモデル化するために補完的な実験技術と計算技術の組み合わせが採用されるIntegrativeモデリングを使用してますます決定されます。X線結晶構造解析 (X線)、核磁気共鳴分光法 (NMR)、電子顕微鏡 (3DEM) などの従来の構造決定手法に加え、小角散乱 (SAS)、原子間力顕微鏡 (AFM) 、化学架橋 (CX)、共精製、フェルスター共鳴エネルギー移動 (FRET)、電子常磁性共鳴 (EPR)、質量分析 (MS)、水素/重水素交換 (HDX)などの実験手法および様々なプロテオミクスやバイオインフォマティクスのアプローチは、Integrativeモデリングに貢献している。さまざまな実験および計算手法から得られる空間的制限条件を組み合わせて、高分子集合体の構造を導き出す。Integrativeモデリング法は既に複合体の立体構造を決定するために適用されました。例えば、核孔複合体とそのサブ複合体、16S rRNAとメチルトランスフェラーゼAの複合体、人間ミトコンドリア鉄硫黄クラスターコア複合体、BBSome、Gタンパク質共役型受容体に結合したグレリン、RNF168-RINGドメインとヌクレオソームの複合体です。
私たちはIntegrative/Hybrid法によって得られた高分子集合体の構造モデルをアーカイブするため、データ辞書を開発しました。Integrative/Hybridモデル辞書（IHM Dictionary）は統合構造モデル、関連する空間的制約、およびモデリングプロトコルをアーカイブするために、必要なデータスペックを定義します。この辞書は、高分子の原子構造をアーカイブするために wwPDB によって現在使用されている PDBx/mmCIF 辞書がふくめているモジュールの拡張です。新しいIHM辞書は、高分子の原子構造をアーカイブするためにwwPDBで使用されている PDBx/mmCIF 辞書の論理的な拡張モジュールです。この新しい辞書は、Integrativeモデルをアーカイブするための要件に対処する5つの重要な方面で PDBx/mmCIF 辞書の定義を拡張します：
- 原子と粗粒的オブジェクトの記述を含む柔軟なモデル表現が可能
- 構成的に多様な集会と形態的に多様なアンサンブルをサポート構成的に多様なアセンブリと構造的に多様なアンサンブルをサポートする
- さまざまな種類の実験手法から派生された空間制約の定義を取得する
- 安定的な識別子を介して外部リソースから関連データを参照するための汎用表現を提供する
- モデリングワークフローの簡略化された定義を組み込む
IHM辞書は共同プロジェクトとして開発され、 GitHub repositoryの公開リポジトリを通じて自由に配布されています。.
私達は新しいデータ収集システムを開発した。このシステムは、PDB-Devで統合構造をアーカイブするために、すべて必要な情報収集と準拠したmmCIFファイル作成ためのWebインターフェイスを提供する。また、統合構造、関連する空間的制約と使用される開始モデル、モデリングプロトコルおよびメタデータ情報 (引用文献、著者、ソフトウェア、外部リポジトリ内のデータ、参照配列情報など) の提出が含まれる。
このデータ収集システムは多様なと異質なタイプの統合構造および拘束データを収集するための自動メカニズムを提供する。このシステムは、DERIVA 科学資産管理プラットフォームを使用して開発されており、IHM-dictionary 辞書と親の PDBx/mmCIF dictionary 辞書の定義に基づきます。
アカウントの作成とデータの送信に関するドキュメントを含むユーザーガイドも作成されました。
チーム
PDB-IHMプロジェクトは、ラトガース大学、ニュージャージー州立大学、カリフォルニア大学サンフランシスコ校、南カリフォルニア大学の研究者と開発者からなる多分野チームによって開発されています。
2014年、wwPDBはIntegrative/Hybrid(IHM)法のタスクフォースを招集し、欧州バイオインフォマティクス研究所 (EBI) で開催されたワークショップを後援した。 ワークショップの目的は、統合構造を責任を持ってアーカイブする方法について推奨事項を作成するため、専門家のコミュニティを参加させることです。
ホワイトペーパーが発行され (Sali et al., 2015)、2 つのワーキンググループが設立された。フェデレーションワーキンググループはデータフェデレーションの問題に対処していたが、モデルワーキンググループはモデルの表現、検証、視覚化のためのフレームワークのセットアップを支援する任務を負っていました。
wwPDB統合・ハイブリッドタスクフォース、フェデレーション・モデルワーキンググループ、および wwPDB のメンバーは以下となります。
| Member | Affiliation |
|---|---|
| Paul Adams | Lawrence Berkeley National Laboratory |
| Alexandre Bonvin | Utrecht University |
| Wah Chiu | Stanford University |
| Matteo dal Peraro | Ecole Polytechnique Federale de Lausanne |
| Frank DiMaio | University of Washington |
| Tom Ferrin | RBVI, University of California San Francisco | Kay Grunewald | University of Oxford |
| Richard Henderson | MRC Laboratory of Molecular Biology |
| Gerhard Hummer | Max Planck Institute for Biophysics |
| Kenji Iwasaki | Osaka University |
| Graham Johnson | University of California San Francisco |
| Marc Marti-Renom | Centre for Genomic Regulation |
| Jens Meiler | Vanderbilt University |
| Gaetano Montelione | Rutgers University |
| Michael Nilges | Institut Pasteur |
| Ruth Nussinov | Tel Aviv University |
| Juri Rappsilber | University of Edinburgh |
| Randy Read | Cambridge University |
| Helen Saibil | University of London |
| Andrej Sali | University of California San Francisco |
| Gunnar Schroder | Forschungszentrum Julich |
| Torsten Schwede | University of Basel |
| Charles Schwieters | National Institutes of Health |
| Claus Seidel | Heinrich Heine University Dusseldorf |
| Dmitri Svergun | EMBL Hamburg |
| Maya Topf | Birkbeck, University of London |
| Jill Trewhella | University of Sydney |
| Helen Berman | Rutgers University |
| Stephen Burley | RCSB PDB, Rutgers University |
| Aleksandras Gutmanas | PDBe, EMBL-EBI |
| Gerard Kleywegt | PDBe, EMBL-EBI |
| Catherine Lawson | RCSB, Rutgers University |
| John Markley | BMRB, University of Wisconsin Madison |
| Haruki Nakamura | PDBj, Osaka University |
| Ardan Patwardhan | PDBe, EMBL-EBI |
| Eldon Ulrich | BMRB, University of Wisconsin Madison |
| Sameer Velankar | PDBe, EMBL-EBI |
| John Westbrook | RCSB PDB, Rutgers University |
| Member | Affiliation |
|---|---|
| Jill Trewhella (co-chair) | University of Sydney |
| Helen Berman (co-chair) | Rutgers University |
| Rudolph Aebersold | ETH Zurich |
| Nigel Kirby | Australian Synchrotron |
| Paul Adams | Lawrence Berkeley Laboratory |
| Gaetano Montelione | Rutgers University |
| Wah Chiu | Stanford University |
| George N. Phillips | Rice University |
| Bridget Carragher | New York Structural Biology Center |
| Juri Rappsilber | Wellcome Trust Center for Cell Biology |
| Claus Seidel | Heinrich Heine University |
| Geerten Vuister | University of Leicester |
| Dmitri Svergun | EMBL Hamburg |
| Member | Affiliation |
|---|---|
| Andrej Sali (co-chair) | University of California San Francisco |
| Torsten Schwede (co-chair) | University of Basel |
| Jens Meiler | Vanderbilt University |
| Gerhard Hummer | Max Planck Institute for Biophysics |
| Frank DiMaio | University of Washington |
| Emad Tajkhorshid | University of Illinois Urbana-Champaign |
| Alexandre Bonvin | Utrecht University |
| Frank Alber (External Advisor) | University of California Los Angeles |
| Member | Affiliation |
|---|---|
| Stephen Burley | RCSB PDB, Rutgers University |
| Jeffrey Hoch | BMRB, University of Connecticut |
| Genji Kurisu | PDBj, Osaka University |
| John Markley | BMRB, University of Wisconsin Madison |
| Sameer Velankar | PDBe, EMBL-EBI |
| Member | Affiliation |
|---|---|
| Brinda Vallat | RCSB, Rutgers University |
| John Westbrook | RCSB PDB, Rutgers University |
| Benjamin Webb | University of California San Francisco |
| Tom Goddard | RBVI, University of California San Francisco |
| Kumaran Baskaran | BMRB, University of Wisconsin Madison |
| John Stone | University of Illinois Urbana-Champaign |
| Ryan McGreevy | University of Illinois Urbana-Champaign |
| Rocco Moretti | Vanderbilt University |
| Aleksandras Gutmanas | PDBe, EMBL-EBI |
| John Berrisford | PDBe, EMBL-EBI |
| Juergen Haas | University of Basel |
| Juergen Koefinger | Max Planck Institute for Biophysics |
| Gert-Jan Bekker | PDBj, Osaka University |
IHM辞書とPDB-Devプロトタイプシステムは、ホワイトペーパー (Sali et al., 2015) で発表されたwwPDB Integrative/Hybrid法のタスクフォースの推奨事項に基づいて開発されました。
2019 年には、統合構造をアーカイブするため、生物物理学会(BPS)サテライトミーティングとしてのワークショップが開催され、進捗状況を評価し、さらなる要件について議論しました。ワークショップの主な目的は共通のデータ標準の作成、フェデレーテッドデータ交換手法の構築、統合構造を検証するメカニズムの開発に伴う課題に対処するためのコンセンサスを構築することです。ワークショップの概要と決められた推奨事項は、最近のホワイトペーパーで公開されています(Berman et al., 2019)。
| 参加者 | 所属 |
|---|---|
| Paul Adams | Lawrence Berkeley National Laboratory |
| Helen Berman | Rutgers University |
| Alexandre Bonvin | Utrecht University |
| Stephen Burley | RCSB PDB, Rutgers University |
| Bridget Carragher | New York Structural Biology Center |
| Wah Chiu | Stanford University |
| Frank DiMaio | University of Washington |
| Thomas Ferrin | University of California San Francisco |
| Margaret Gabanyi | Rutgers University |
| Thomas Goddard | University of California San Francisco |
| Patrick Griffin | The Scripps Research Institute Florida |
| Juergen Haas | University of Basel |
| Christian Hanke | Heinrich Heine University Dusseldorf |
| Jeffrey Hoch | BMRB, University of Connecticut |
| Gerhard Hummer | Max Planck Institute for Biophysics |
| Genji Kurisu | Osaka University |
| Catherine Lawson | RCSB, Rutgers University |
| Alexander Leitner | ETH Zurich |
| John Markley | BMRB, University of Wisconsin Madison |
| Jens Meiler | Vanderbilt University |
| Gaetano Montelione | Rutgers University |
| George Phillips Jr. | Rice University |
| Thomas Prisner | Goethe University Frankfurt |
| Juri Rappsilber | University of Edinburgh |
| Andrej Sali | University of California San Francisco |
| David Schriemer | University of Calgary |
| Torsten Schwede | University of Basel |
| Claus Seidel | Heinrich Heine University Dusseldorf |
| Timothy Strutzenberg | The Scripps Research Institute Florida |
| Dmitri Svergun | EMBL Hamburg |
| Emad Tajkhorshid | University of Illinois Urbana-Champaign |
| Jill Trewhella | University of Sydney |
| Brinda Vallat | RCSB, Rutgers University |
| Sameer Velankar | PDBe, EMBL-EBI |
| Geeten Vuister | University of Leicester |
| Benjamin Webb | University of California San Francisco |
| John Westbrook | RCSB PDB, Rutgers University |
| Kate White | University of Southern California |
ファンディング
PDB-IHM は、NSFのファンディング DBI-2112966、DBI-2112967、および DBI-2112968 によって部分的に資金提供されており、NSF (DBI-2321666)、DOE (DE-SC0019749)、および NIH (R01GM157729) を通じて RCSB PDB コア オペレーションの一部としても資金提供されています。
これまで、IHMCIF辞書とPDB-IHMシステムの開発はNSF DBI-1519158, DBI-1756248, DBI-1756250のファンディングにサポートされていました。
謝辞
コミュニティの推奨事項を提供し、IHMCIF、PDB-IHM、および統合構造を検証する方法の開発をサポートしてくれた wwPDB IHMタスクフォースのメンバーと構造生物学コミュニティ全体に感謝します。
SAS 検証方法の実装に関してアドバイスとサポートを提供してくれた Jill Trewhella 博士、Dina Schneidman 博士、および SASBDB リポジトリのメンバーに感謝します。
Crosslinking-MS 検証方法の実装に関してアドバイスとサポートを提供してくれた Juri Rappsilber 博士、Alexander Leitner 博士、Andrea Graziadei 博士の研究室のチーム メンバー、および PRIDE リポジトリのメンバーに感謝します。
精密分析方法の開発を支援してくださった Shruthi Viswanath 博士と、検証ソフトウェアの初期実装にご協力くださった Sai Janani Ganesan 博士に感謝します。
PDB-IHM における FRETに基く統合構造のアーカイブにご協力いただいた Claus Seidel 博士と Christian Hanke 博士に感謝します。
発表論文
Vallat B et al., J Mol Biol. 2024; 436(17): 168546. doi:10.1016/j.jmb.2024.168546
Vallat B et al., Acta Cryst. 2021; D77: 1486-1496. doi:10.1107/S2059798321010871
Berman HM et al., Structure. 2019 Dec 3; 27(12): 1745-1759. doi:10.1016/j.str.2019.11.002
Vallat B et al., J Biomol NMR. 2019 Jul; 73(6-7): 385-398. doi:10.1007/s10858-019-00264-2
Vallat B et al., Structure. 2018 Jun; 26(6):894-904. doi:10.1016/j.str.2018.03.011
Burley SK et al., Structure. 2017 Sep; 25(9):1317-1318. doi: 10.1016/j.str.2017.08.001
Sali A et al., Structure. 2015 Jul; 23(7):1156-1167. doi: 10.1016/j.str.2015.05.013
PDB-IHMの引用方法については、FAQページを参照してください。