Carbohydrate-binding protein identification by coupling structural similarity searching with binding affinity prediction

马修斯相关系数 计算生物学 结构相似性 化学 蛋白质结构 相似性(几何) 生物化学 生物 人工智能 计算机科学 支持向量机 图像(数学)
作者
Huiying Zhao,Yuedong Yang,Mark von Itzstein,Yaoqi Zhou
出处
期刊:Journal of Computational Chemistry [Wiley]
卷期号:35 (30): 2177-2183 被引量:22
标识
DOI:10.1002/jcc.23730
摘要

Carbohydrate-binding proteins (CBPs) are potential biomarkers and drug targets. However, the interactions between carbohydrates and proteins are challenging to study experimentally and computationally because of their low binding affinity, high flexibility, and the lack of a linear sequence in carbohydrates as exists in RNA, DNA, and proteins. Here, we describe a structure-based function-prediction technique called SPOT-Struc that identifies carbohydrate-recognizing proteins and their binding amino acid residues by structural alignment program SPalign and binding affinity scoring according to a knowledge-based statistical potential based on the distance-scaled finite-ideal gas reference state (DFIRE). The leave-one-out cross-validation of the method on 113 carbohydrate-binding domains and 3442 noncarbohydrate binding proteins yields a Matthews correlation coefficient of 0.56 for SPalign alone and 0.63 for SPOT-Struc (SPalign + binding affinity scoring) for CBP prediction. SPOT-Struc is a technique with high positive predictive value (79% correct predictions in all positive CBP predictions) with a reasonable sensitivity (52% positive predictions in all CBPs). The sensitivity of the method was changed slightly when applied to 31 APO (unbound) structures found in the protein databank (14/31 for APO versus 15/31 for HOLO). The result of SPOT-Struc will not change significantly if highly homologous templates were used. SPOT-Struc predicted 19 out of 2076 structural genome targets as CBPs. In particular, one uncharacterized protein in Bacillus subtilis (1oq1A) was matched to galectin-9 from Mus musculus. Thus, SPOT-Struc is useful for uncovering novel carbohydrate-binding proteins. SPOT-Struc is available at http://sparks-lab.org. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.
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