Gráfico de complementariedad

El diagrama de complementariedad (CP) es una herramienta gráfica para la validación estructural de modelos atómicos tanto para proteínas globulares plegadas como para interfaces proteína-proteína . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Se basa en una representación probabilística de la orientación preferida de la cadena lateral de aminoácidos , análoga a la orientación preferida del esqueleto de los diagramas de Ramachandran . Puede servir potencialmente para dilucidar el plegamiento de proteínas , así como la unión. Las versiones actualizadas del paquete de software están disponibles y se mantienen en GitHub tanto para proteínas globulares plegadas ^{[ 4 ]} como para complejos interproteicos. ^{[ 5 ]} El software está incluido en los paquetes de herramientas bioinformáticas OmicTools ^{[ 6 ]} y Delphi. ^{[ 7 ]}

La validación de estructuras cristalinas de proteínas tridimensionales se basa tradicionalmente en una multitud de parámetros que van desde (i) la distribución de residuos en el diagrama de Ramachandran , ^{[ 8 ] [ 9 ]} (ii) desviaciones de la idealidad, ^{[ 10 ] [ 11 ]} para longitudes y ángulos de enlace, (iii) contactos atómicos cortos (puntuaciones de choque estérico), ^{[ 12 ]} (iv) la distribución de los conformeros de cadena lateral (rotámeros) ^{[ 13 ]} y, (v) parámetros de enlaces de hidrógeno. ^{[ 14 ]} La llegada del diagrama de complementariedad como herramienta de validación estructural para proteínas proporciona esencialmente una conjugación de los enfoques tradicionales. CP detecta errores locales en las coordenadas atómicas y también hace coincidir correctamente una secuencia de aminoácidos con su plegamiento tridimensional nativo situado entre señuelos. El diagrama de complementariedad se basa en el uso combinado de la complementariedad de forma y electrostática ^{[ 1 ]} de los residuos completamente o parcialmente enterrados con respecto a su entorno constituido por el resto de la cadena polipeptídica y es un indicador sensible de la armonía o desarmonía de los residuos internos con respecto a las fuerzas de corto y largo alcance que mantienen el plegamiento nativo. El término "diagrama de complementariedad" (CP) es quizás un nombre inapropiado, ya que en realidad hay tres diagramas, cada uno de los cuales sirve para un rango dado de exposición al solvente de los residuos graficados (CP1, CP2, CP3 para los compartimentos de enterramiento 1, 2, 3).

El diagrama de complementariedad se ha inspirado en gran medida en el diagrama de Ramachandran en su diseño (pero no en sus atributos fisicoquímicos). El diagrama de Ramachandran es de naturaleza determinista, mientras que el diagrama de complementariedad es probabilístico. El diagrama de Ramachandran trata los ángulos de torsión de la cadena principal, y los errores en dichos parámetros están esencialmente restringidos localmente. En cambio, el diagrama de complementariedad trata el ajuste geométrico y electrostático de las cadenas laterales internas con su entorno local y no local. La falta de armonía (desajuste) en estos parámetros conjugados puede surgir debido a una plétora de errores provenientes de los ángulos de enlace o las torsiones de prácticamente toda la cadena polipeptídica plegada. Sin embargo, de forma análoga al diagrama de Ramachandran, la región dentro del primer contorno se denomina "probable" (análoga a la región "permitida"), entre el primer y el segundo contorno, "menos probable" ("parcialmente permitida") y fuera del segundo contorno, "improbable" ("no permitida").

CP tiene multitud de aplicaciones tanto en biología estructural experimental como computacional. ^{[ 2 ]} Una investigación exhaustiva del efecto de pequeños errores en los ángulos/torsiones de enlace de la cadena principal y lateral sobre el plegamiento general muestra que CP es eficaz en la detección de estos errores incluso cuando fallan otros parámetros ya existentes basados ​​en la prohibición de la superposición estérica local y la desviación de la idealidad. Las consecuencias de tales pequeños errores angulares no se limitan localmente, lo que da lugar a un desajuste geométrico y electrostático de los residuos internos a lo largo del plegamiento, potencialmente detectable por los CP. Estos errores pueden surgir de (i) desajuste de las torsiones de la cadena lateral/asignaciones de rotámeros incorrectas (especialmente relevante para estructuras de baja resolución), (ii) trazado incorrecto de las trayectorias de la cadena principal durante el refinamiento (lo que da lugar a errores de baja intensidad difundidos por toda la cadena polipeptídica). CP también puede detectar anomalías de empaquetamiento y, en particular, puede señalar potencialmente cargas parciales desequilibradas dentro de los interiores de las proteínas. Es útil en el modelado por homología y el diseño de proteínas. También se ha creado y puesto a disposición una versión del gráfico (CPint) ^{[ 15 ]} para investigar errores similares en las interfaces proteína-proteína.

A diferencia de los gráficos por residuo, también hay una variante disponible para el Gráfico de Complementariedad, a saber, CP _dock ^{[ 16 ]} para graficar valores individuales de Sc, EC para la interfaz proteína-proteína y juzgar así la calidad de la estructura atómica compleja (ya sea resuelta experimentalmente o construida computacionalmente) en ella. Sc, ^{[ 17 ]} EC ^{[ 18 ]} son ​​complementariedades de forma y electrostáticas calculadas para "superficies proteína-proteína interactuantes" propuestas originalmente por Peter Colman y colaboradores en la década de 1990. CPdock se desarrolló principalmente como una función de puntuación para servir como filtro inicial en el acoplamiento proteína-proteína y puede ser una herramienta muy útil en el diseño de proteínas, como se ha demostrado recientemente en la investigación de COVID tanto en la puntuación como en la evaluación de complejos acoplados para eliminar el efecto de la unión del cosustrato en una unión de inhibidor dirigida. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

CP@SINP: http://www.saha.ac.in/biop/www/sarama.html CP: https://github.com/nemo8130/SARAMA-updated CPint: https://github.com/nemo8130/SARAMAint-updated CPdock: https://github.com/nemo8130/CPdock

EnCPdock (servidor web): https://scinetmol.in/EnCPDock/