Visualization of protein domain interaction interfaces is useful in analyzing the chemical and geometrical nature of protein domain-domain interactions. This thesis explains the method to visualize the protein domain-domain interaction interfaces and introduces two programs: InterFacer and PDIIIDB.
InterFacer is a molecular viewer specialized to visualize protein domain-domain interfaces. PDIIIDB is a database of images of protein domain-domain interaction interfaces.
Both programs use hierarchical protein domain structure classification information with a real-time interface definition algorithm. They provide information for analyzing the chemical and geometrical nature of protein domain-domain interactions.
InterFacer helps user to visualize a protein domain-domain interaction interface and analyze the property of the interface interactively. PDIIIDB supports comparative visualization of interfaces between same families.
단백질은 생물체의 구조를 결정하며, 에너지를 생산하고, 정보의 변환과 보존에 관여하는 물질이다. 이러한 단백질들의 생체 내에서의 작동 원리를 규명하는 것은, 생명의 작동 원리를 밝힘과 동시에 의학적, 산업적인 효과를 기대할 수 있다. 최근의 연구에서 많은 수의 단백질이 복합체를 이루어서 작용한다는 것과, 단백질 작용의 조절이 물리적인 접촉을 수반한다는 것이 알려지면서 단백질 상호작용면에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
단백질 도메인은 단백질의 구조적, 기능적, 진화적 단위로써, 단독적으로 안정한 구조를 가지며, 단백질의 다른 부분과 독립적으로 구조화가 가능한 영역을 가리킨다. 진화적으로 가까운 같은 조상을 가지는 두 도메인은 서로 유사한 기능과 성질을 가지는 것으로 알려져 있으며, 도메인의 구조는 진화과정에서 멀리 떨어진 도메인들 사이에서도 잘 보존 된 것으로 알려져 있다. 이러한 특성을 이용하여, 새로 구조가 밝혀진 도메인의 특성을 비슷한 구조의 도메인들의 특성을 확인함으로써, 추론할 수 있다. 또한 보존된 아미노산이 어떤 것인지 확인하여 도메인의 작용에 중요한 아미노산 서열과 그 구조 등을 연구할 수 있다. 단백질 도메인간의 상호작용은 단백질간 상호작용의 기본 단위로써, 도메인간 상호작용의 기작을 밝히고 도메인간 상호작용면 사이의 진화적 관계를 밝히는 것은 단백질 상호작용 연구의 바탕이 된다.
단백질 도메인간 상호작용면의 화학적, 물리적, 기하학적 특성을 시각화하여 상호작용면을 특정하고, 상호작용면 사이의 진화적 연관관계를 확인 할 수 있는 방법을 연구했다. 연구의 결과로 두 가지 프로그램, 인터페이서(InterFacer)와 PDIIIDB(단백질 도메인 상호작용면 이미지 데이터베이스, Protein Domain Interaction Interface image Database, PDIIIDB)를 작성했다.
두 가지 프로그램은 모두 단백질 도메인의 상호작용면을 시각화 하는 데에 그 목적을 가진다. 이를 위하여 두 프로그램은 생물질 구조 정보 데이터 베이스인 Protein Data Bank(PDB)에서 구조 정보를 가져오고, PDB에 구조가 알려져 있는 단백질들의 도메인을 정의해 놓은 Structural Classification Of Proteins(SCOP)를 이용해서, PDB에서 가져온 분자의 원자들을 도메인 별로 구별한다. 두 도메인 사이의 상호작용면을 정의하기 위해서, PSIMAP 알고리즘을 사용한다. PSIMAP알고리즘은 특정 한계 거리 이내에 상대편 도메인의 원자가 존재하는 모든 원자들을 모두 상호작용면으로 정의한다.
인터페이서는 위의 방법으로 정의된 상호작용면을 시각화 하는 대화식 분자 모델 시각화 프로그램으로 단백질의 도메인들과 도메인들 사이의 상호작용면들을 서로 다른 모양으로 시각화 하여, 필요한 부분을 강조하여 볼 수 있게 한다. 또한 상호작용면을 프로그램 위에서 실시간으로 계산할 수 있다. 필요한 데이터베이스의 파일(PDB 구조 파일, SCOP 도메인 정의 파일)은 사용자의 컴퓨터에서 불러오거나, 또는 프로그램 내에서 웹으로부터 다운로드 받아 사용할 수도 있다. 보로노이 알고리즘을 통해 정의된 상호작용면을 가시화 할 수 있으며, 자바 플랫폼에서 작성되어 플랫폼에 독립적이며, 웹 문서에 포함 시킬 수 있다.
PDIIIDB는 두 패밀리의 도메인들 사이의 상호작용면으로, PDB에 구조가 밝혀져 있는 것들을 모아서 이들을 비교적으로 보여주기 위한 데이터베이스이다. PDIIIDB는 가시화를 원하는 패밀리의 도메인 사이의 상호작용면들을 PSIMAP알고리즘을 통해 추출하고, 추출된 상호작용면들 사이의 구조적 유사성을 구조 정렬 알고리즘을 통해 파악한다. 서로 유사한 구조들끼리 모아서 상호작용면의 이미지를 만들어 비교하여 볼 수 있게 한다.
인터페이서는 적은 수의 상호작용면들을 가시화하고 대화적으로 분석할 수 있는 방법을 제공하며, PDIIIDB는 두 패밀리 사이의 상호작용면을 비교적으로 분석할 수 있는 도구이다.
