Defining structural and evolutionary modules in proteins: a community detection approach to explore sub-domain architecture
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Assessing protein modularity is important to understand protein evolution. Still the question of the existence of a sub-domain modular architecture remains. We propose a graph-theory approach with significance and power testing to identify modules in protein structures. In the first step, clusters are determined by optimizing the partition that maximizes the modularity score. Second, each cluster is tested for significance. Significant clusters are referred to as modules. Evolutionary modules are identified by analyzing homologous structures. Dynamic modules are inferred from sets of snapshots of molecular simulations. We present here a methodology to identify sub-domain architecture robustly, biologically meaningful, and statistically supported. RESULTS: The robustness of this new method is tested using simulated data with known modularity. Modules are correctly identified even when there is a low correlation between landmarks within a module. We also analyzed the evolutionary modularity of a data set of α-amylase catalytic domain homologs, and the dynamic modularity of the Niemann-Pick C1 (NPC1) protein N-terminal domain.The α-amylase contains an (α/β)8 barrel (TIM barrel) with the polysaccharides cleavage site and a calcium-binding domain. In this data set we identified four robust evolutionary modules, one of which forms the minimal functional TIM barrel topology.The NPC1 protein is involved in the intracellular lipid metabolism coordinating sterol trafficking. NPC1 N-terminus is the first luminal domain which binds to cholesterol and its oxygenated derivatives. Our inferred dynamic modules in the protein NPC1 are also shown to match functional components of the protein related to the NPC1 disease. CONCLUSIONS: A domain compartmentalization can be found and described in correlation space. To our knowledge, there is no other method attempting to identify sub-domain architecture from the correlation among residues. Most attempts made focus on sequence motifs of protein-protein interactions, binding sites, or sequence conservancy. We were able to describe functional/structural sub-domain architecture related to key residues for starch cleavage, calcium, and chloride binding sites in the α-amylase, and sterol opening-defining modules and disease-related residues in the NPC1. We also described the evolutionary sub-domain architecture of the α-amylase catalytic domain, identifying the already reported minimum functional TIM barrel.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,004 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».