Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Comparative studies on variability, phylogenesis, and correlated mutations of neuraminidases from influenza virus type A

Filip R., Leluk J.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2018

|

Vol. 14, no. 1

art. no. 20170030

EN

Neuraminidase (NA) is an important protein for the replication cycle of influenza A viruses. NA is an enzyme that cleaves the sialic acid receptors; this process plays a significant role in viral life cycle. Blocking NA with a specific inhibitor is an effective way to treat the flu. However, some strains show resistance to current drugs. Therefore, NA is the focus for the intense research for new antiviral drugs and also for the explanation of the functions of new mutations. This research focuses on determining the profile of variability and phylogenetic analysis and finding the correlated mutations within a set of 149 sequences of NA belonging to various strains of influenza A virus. In this study, we have used the original programs (Corm, Consensus Constructor, and SSSSg) and also other bioinformatics software. NA proteins are characterized by various levels of variability in different regions, which was presented in detail with the aid of ConSurf. The use of four independent methods to create the phylogenetic trees gave some new data on the evolutionary relationship within the NA family proteins. The search for correlated mutations shows several potentially important correlated positions that were not reported previously to be significant. The use of such an approach can be potentially important and gives new information regarding NA proteins of influenza A virus.

2

Phylogenetic and variability study on all known hemagglutinin subtypes of influenza A virus

Filip R., Leluk J.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2017

|

Vol. 13, no. 3

153--159

EN

Hemagglutinin (HA) is a surface glycoprotein found in influenza viruses. This particle plays two crucial functions in the viral life cycle: it allows for the attachment of the virus into the host cell and participates in the fusion of the virus and host membranes. There are 18 different subtypes of HA. Recently, the H17 and H18 strains have been discovered whose hosts were bats. The evolution of these two strains had most likely occurred in isolation for a long period of time. This work presents the phylogenetic analysis and study on mutational variability based on sequences from all 18 currently known HA strains belonging to influenza virus type A. The results have been presented regarding the current knowledge about influenza. The classical software (Clustal, PHYLIP, and ConSurf) as well as original applications (SSSSg and Consensus Constructor) have been used in this research.

3

Drug generations that combat influenza A virus infection

Żaroffe G., Leluk J., Żyźniewska A., Filip R.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2017

|

Vol. 13, no. 1

1--11

EN

Influenza viruses are significant human respiratory pathogens that cause infections and unpredictable pandemic outbreaks. M2 ion-channel protein, participating in the transmission of viral genetic materials into infected cells, is considered to be the crucial target for old-generation drugs such as rimantadine and amantadine. Neuraminidase protein, which is responsible for the replication of the influenza virus, is affected by the new generation of drugs, including oseltamivir (Tamiflu) and zanamivir (Relenza). The virus mutations that cause oseltamivir resistance are also described. This review presents the details concerning the treatment of influenza neuraminidase inhibitors against the H5N1 strain. It also describes virus mutations that cause resistance to oseltamivir and presents a new drug, peramivir, which is a neuraminidase inhibitor that was introduced against the H1N1 epidemic. This work specifies the details of the pharmacokinetics, dosing, toxicity, side effects, and efficiency of the drugs being used against influenza A virus infections.

4

Correlated mutations in hydroxysteroid dehydrogenases family

Żyźniewska A., Leluk J., Żaroffe G.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2017

|

Vol. 13, no. 1

17--23

EN

Background: Hydroxysteroid dehydrogenase enzymes belong to the short-chain dehydrogenase/reductase (SDR) superfamily and aldo-keto reductases (AKRs). SDR is involved in the metabolism of many compounds (hormones, lipids, etc.) and is present in almost all studied genomes. Two hundred members of hydroxysteroid dehydrogenases have been analysed in terms of natural mutational variability. The second superfamily comprises AKR superfamily group enzymes whose function is catalysing the oxidation and reduction of many substrates by binding NAD(P)H as a cofactor. This kind of study is the first approach for the hydroxysteroid dehydrogenase family. This information grants practical meaning to designing potential specific drugs to fight specific diseases caused by mutations. Methods: In the research, amino acid sequences of representatives of the hydroxysteroid dehydrogenase family were extracted from the UniProt database. In total, the analysed 200 sequences with the highest degree of similarity were shown by BLAST searches. In the sequence analyses, we used the following software: ClustalX (multiple sequence alignment), Consensus Constructor (creating consensus sequence), and CORM (finding correlated mutations). Results: The CORM program identified potential sites of correlated mutations in hydroxysteroid dehydrogenases. This program generated 18 tables of results that contain the amino acid positions of mutations. Seven of these are presented in this paper. Conclusions: The primary structure of the hydroxysteroid dehydrogenase family shows high variation.

5

Keram: a novel stand-alone application for correlated mutations identification and analysis

Kuśka J., Leluk J., Lesyng B.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2011

|

Vol. 7, no. 1

71--76

EN

Keram is a stand-alone Windows 2000/XP/Vista application designed for the detection and analysis of the correlated mutations. Study of this phenomenon provides important information about protein structure stability factors as well as the formation of protein complexes. It is generally assumed that the mechanism of compensation explains the mutations that occur simultaneously. Keram is designed to detect the mutational correlations by comparative analysis of multiple sequence alignments. Additionally a three dimensional structure can be applied to calculate the distance between correlated positions in the protein molecule. Keram has been succesfully applied for the analysis of kinase subfamilies. The obtained data suggest that the mechanism of compensation does not explain utterly this phenomenon which seems to be much more complex and diverse. The residues that are detected as correlated are often placed at very distant positions of the protein structure, therefore the direct mutual interaction between them is impossible. We have detected not only correlated pairs, but also clusters of positions (even more than 10) that reveal correlated changeability.

6

The bioinformatics in Vietnamese academic education. Software resources, reliability and development

Leluk J.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2010

|

Vol. 6, no. 12

99--104

EN

Since 2005 the education program at bioinformatics an molecular modeling is being developed in Vietnam national universities with the cooperation of the University of Zielona Góra (Poland). This program requires good support concerning the biological databases and bioinformatics software. A number of good quality and comprehensive genomic an protein sequence databases and protein structure database are freely accessible online for academic use and scientific research. Also there are accessible the specialized genomic databases kindly provided by Human Genome Center at Tokyo University. Similar situation concerns the bioinformatics software. However the quality and reliability of the accessible software is not always very good. Therefore the Polish group cooperating with the Vietnam National University has elaborated and supplied the academic community in Vietnam with the new and original applications. They replenish the current needs of the users studying bioinformatics and raise the quality of the obtained results. The original applications which enrich the VNU bioinformastics resources (an are solely available only in bioinformatics centers in Hanoi and Poland) are: GEISHA - a nonstatistic application for sequence multiple alignment based on genetic semihomology algorithm. Corm - application for locating and analysing the intramolecular correlated mutations. Consensus Constructor - program for consensus sequence construction. SSSS - program for sequence similarity significance estimation. Talana - protein variability/conservativity analyzer and visualiser. Nitano - detection of intra- and intermolecular residue colocations, protein contact map creator. Keram - program to detect and analyze correlated mutations.v Retamgar - calculator of 2D, 3D, 4D points distance within a protein molecule. Cylanu - PDB file modifier. SecMaker - random protein sequence generator. Byrnik - program for sequence comparison. MMCC - molecule mass centre calculator. Hypro - protein hydrophobicity profiler. These resources contributed in the formation of the first academic Bioinformatics Center in this region of Asia, located at Hanoi University of Science. Within two last years the cooperation has been developed and extended by the long term study program for Vinh University students at University of Zielona Góra. At present two other universities joined the cooperation - Hanoi University of Agriculture and International University of HCMC. In all cases the bioinformatics and molecular modeling play the leading role in both educational and scientific activity.

7

Nitano - novel inter/intramolecular colocation calculator

Kuśka J., Leluk J., Lesyng B.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2010

|

Vol. 6, no. 12

91--97

EN

Nitano is a stand-alone Windows application. The main purpose of this software is to calculate the intra- or intermolecular residue colocations. A PDB file is used as input file. The application is to detect and analyse the intramolecular contacts as well as the contacts between residues from two separate chains/molecules (see Fig. 2). Nitano can be used for study the proteins and nucleic acids. The output files contain names, numbers and distances between the atoms that reveal collocation. The application gives two types of maps that show the structure on a two-dimensional image. Nitano allows to perform basic statistical analysis of obtained results. This application is a useful tool supporting the work of drug designers in creating more specific ligands. The application is freely available for educational and academic purposes at: http://www.bioware.republika.pl. Nitano is a user friendly application and does not require any advanced course to be applied for any kind of analysis.

8

Zmienność mutacyjna w homologicznych rodzinach kinaz

Kuśka J., Leluk J., Lesyng B.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2005

|

Vol. 1, no. 1/2

125--128

PL

Przeanalizowano cztery rodziny kinaz (heksokinazy, receptorowe kinazy tyrozynowe, niereceptorowe kinazy tyrozynowe- JAK, cAMP-zależne kinazy). Sekwencje pobrano z bazy danych SWISS-PROT. Przeprowadzono dopasowanie sekwencji oraz skonstruowano sekwencje konsensusowe dla każdej rodziny przy użyciu algorytmu semihomologii genetycznej. Do identyfikacji pozycji kontaktujących się wzajemnie w strukturze trzeciorzędowej zastosowano zasoby bazy danych Ligand-Protein Contact and Contacts of Structural. Analiza oraz wizualizacja zmienności dla trzech grup zastała przeprowadzona na podstawie wzorcowej struktury trzeciorzędowej dla każdej grupy, pobranej z Protein Data Bank. Strukturę trzeciorzędową dla grupy JAK wygenerowano w Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego. Przeanalizowano występowanie mutacji sprzężonych w każdej badanej rodzinie enzymów przy użyciu programu Corm, opracowanego również w Interdyscyplinarnym Centrum Modelowania w Warszawie. Dla każdej przebadanej rodziny stwierdzono, że: - W poszczególnych pozycjach występowało od 1 do 17 różnych aminokwasów. – Pozycje tworzące centrum katalityczne wykazują niski stopień zmienności, chociaż pozycje bezpośrednio sąsiadujące z nimi mogą odznaczać się wyższą zmiennością. – N-końcowy peptyd liderowy charakteryzuje się bardzo wysokim stopniem zmienności. – Pozycje znajdujące się w bezpośrednim kontakcie posiadają identyczny lub zbliżony stopień zmienności. – Pozycje wykazujące sprzężenie mutacyjne są odległe od siebie w strukturze pierwszorzędowej, lecz położone blisko siebie w strukturze trzeciorzędowej. To zjawisko potwierdza przyjęty ogólnie mechanizm kompensacji mutacji. Jednak część zaobserwowanych mutacji sprzężonych odnosi się do pozycji znacznie oddalonych od siebie w strukturze trzeciorzędowej. Mechanizm powstawania tego typu sprzężeń mutacyjnych nie jest jeszcze poznany i wymaga dalszych badań. Wyniki naszych badań generalnie potwierdzają hipotezę dotyczącą korelacji pomiędzy poziomem zmienności pozycji będących w kontakcie. Odnosi się to do twierdzenia, że struktura przestrzenna, jak i funkcja białek są bardziej konserwatywne niż struktura pierwszorzędowa. Praca wykonana została w ramach grantu MAMBA (Centre of Excellence for Multiscale Biomolecular Modelling, Bioinformatics and Applications) Projekt nr QLRI-CT-2002-90383.

EN

Four homologous kinase families (hexokinases, RTKs, JAKs, cAMP dependent kinases) were investigated with respect to the mutational variability within each family. The sequences were obtained from Swiss-Prot database. Multiple sequence alignments as well as consensus sequences were created and verified with the aid of the algorithm of genetic semihomology. The application of the Ligand-Protein Contact and Contacts of Structural Units database helped to select the residues which are in mutual contact in the secondary as well as tertiary structures. The analysis and visualization of variability in three analyzed groups was acquired with the use of three-dimensional models obtained from the Protein Data Bank. The tertiary structure of JAKs was predicted at Interdisciplinary Centre for Mathematical and Computational Modelling, Warsaw University. Correlated mutations occurring in each kinase family were identified and investigated with the Corm program developed also at ICM UW. For all four analyzed groups of kinases it was observed that: The results of this work generally confirm the hypothesis concerning the correlation mechanism for mutually interacting residues being in close distance. It refers to the statement that protein structure and function which are more significantly conservative than the primary structure itself. This work was supported by MAMBA (Centre of Excellence for Multiscale Biomolecular Modelling, Bioinformatics and Applications) Project No. QLRI-CT-2002-90383.

9

Konstrukcja sekwencji konsensusowych rodziny białek β-spektryn o różnych parametrach progowych oraz weryfikacja ich użyteczności

Fogtman A., Leluk J., Lesyng B.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2005

|

Vol. 1, no. 1/2

117--120

PL

Rozwój zarówno sekwencyjnych, jak i strukturalnych białkowych baz danych umożliwił prowadzenie wielkoskalowych badań nad podobieństwem i homologią białek. Etapem kluczowym takich badań jest poprawna konstrukcja dopasowanego zestawienia sekwencji (z ang.: Multiple Alignment) oraz sekwencji konsensusowych. Sekwencja taka jest swoistym markerem danej rodziny białkowej; określa ona zestaw białek homologicznych specyficznie uwydatniających cechy charakterystyczne danej rodziny. Sekwencja konsensusowa jest uśrednieniem cech całej rodziny białkowej, umożliwiającym wnikliwą analizę mechanizmów ewolucji białek oraz stworzenie ich ogólnego schematu. Taka sekwencja może zostać użyta jako narzędzie do przeszukiwania baz danych pod względem podobieństwa i homologii białek wykazujących istotny stopnień identyczności. Prawidłowa konstrukcja sekwencji konsensusowych jest istotna dla uzyskania najbardziej optymalnych wyników analizy porównawczej białek. Konstrukcja takich sekwencji oparta jest na parametrach odpowiadających liczbie białek należących do danej rodziny, długości sekwencji oraz stopniu identyczności. W naszej pracy przeanalizowaliśmy ponad 50 sekwencji aminokwasowych β-spektryn. Dopasowanie tych sekwencji oraz zestaw optymalnych sekwencji konsensusowych dla β -spektryn skonstruowano z wykorzystaniem algorytmu semihomologii genetycznej oraz programu Consensus Constructor (ICM). Przeanalizowano wpływ różnych parametrów progowych na użyteczność skonstruowanych sekwencji konsensusowych. Sekwencje te wykorzystano do przeszukania sekwencyjnych baz danych, a wyniki przeszukiwania porównano pod względem ich użyteczności w badaniach porównawczych białek. Przedstawiona strategia konstrukcji sekwencji konsensusowych wydaje się być obiecującym, użytecznym narzędziem w precyzyjnym określaniu różnorodnych wspólnych cech homologicznych rodzin białkowych, nawet gdy obserwowany stopień podobieństwa/identyczności jest relatywnie niski. Praca wykonana została w ramach grantu MAMBA (Centre of Excellence for Multi-scale Biomolecular Modelling, Bioinformatics and Applications) Projekt nr QLRI-CT-2002-90383.

EN

The development of the protein sequence and structure databases made wide scale similarity searches and homology analysis possible. The fundamental step in this research is a proper multiple alignment and consensus sequence construction. The consensus sequence is a specific marker describing the features of a given protein family. It enables the profound analysis of the evolutionary mechanisms and creation of their general structural scheme. It defines the set of homologous proteins, specifically emphasizing the distinctive features of a protein family. Such a sequence can be used as a tool to search databases for homologous proteins revealing the best actual similarity/homology score. Correct consensus sequence construction is key for obtaining the most optimum results of protein sequence homology research. The consensus sequence construction is based on parameters that apply to the number of members within a family, length of the protein sequences and the degree of identity. We analyzed over 50 sequences of β- spectrin family. The multiple alignment and the set of optimum consensus sequences for β-spectrin protein family were constructed with the aid of genetic semihomology algorithm and Consensus Constructor program (ICM). We examined the influence of variable threshold parameters on usefulness of the constructed consensus sequence. The consensus sequences of various threshold parameters were used to search the databases, and the scores were compared with respect to their usefulness in many criteria of comparative protein analysis. The strategy of consensus sequence construction appears to be powerful and accurate optimization tool for precise description of the significant common features of homologous protein families, even when the observed similarity/identity degree is relatively low. This work was supported by MAMBA (Centre of Excellence for Multi-scale Biomolecular Modelling, Bioinformatics and Applications) Project No. QLRI-CT-2002-90383.

10

Implementacja oszacowania stopnia podobieństwa białek na poziomie struktury pierwszorzędowej oraz konstrukcja drzew filogenetycznych dla białek homologicznych

Gajewska E., Leluk J.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2005

|

Vol. 1, no. 1/2

121--124

PL

Oszacowanie stopnia podobieństwa sekwencji odgrywa istotną rolę w porównywaniu sekwencji. Aby prawidłowo określić stopień podobieństwa, należy uwzględnić następujące kryteria: - względna zawartość identycznych pozycji, - długość porównywanych sekwencji, - rozmieszczenie pozycji identycznych wzdłuż porównywanego łańcucha, - rodzaj aminokwasów zajmujących pozycje konserwatywne (dla białek), - genetyczne i strukturalne współzależności aminokwasów występujących w odpowiadających sobie pozycjach porównywanych sekwencji (dla białek). Podejście statystyczne opracowane przez Karlina i Altschula pozwala wyodrębnić na tyle duże podobieństwo, by można je było nazwać pokrewieństwem. Nasze rozwiązanie, bazujące na technologii Java, wykorzystuje te same postulaty, wzbogacając dostępną informację o dalsze szczegóły wynikające z dopasowania sekwencji. Nasze podejście wyszukuje sekwencje podobne do sekwencji wzorcowej, w których następnie oszacowany zostaje stopień rozproszenia pozycji identycznych. Identyczności położone blisko siebie w sekwencji są punktowane wyżej niż rozproszone bloki pozycji identycznych, przeplatane odcinkami nieidentycznymi. Co więcej, rozważana grupa sekwencji może być zawężana, by wyodrębnić znaczące pokrewieństwo. W tym celu należy: - zadeklarować wartość progową wartości E-value dla dalszych obliczeń, - wyodrębnić sekwencje o zbliżonej i niskiej wartości E-value, - wyodrębnić sekwencje podobnej długości, - wyodrębnić sekwencje, dla których rozkład pozycji identycznych jest podobny. Wszystkie sekwencje sklasyfikowane jako wzajemnie spokrewnione stanowią dane wejściowe do konstrukcji molekularnego drzewa filogenetycznego. Wzajemny dystans ewolucyjny obliczany jest poprzez analizę dopasowanych par sekwencji z grupy we wszystkich możliwych kombinacjach. Konstrukcja drzewa opiera się na obliczanych wartościach dla konkretnej pary sekwencji w porównaniu do maksymalnego możliwego wyniku dla tej samej względnej zawartości pozycji identycznych oraz długości sekwencji. Praca wykonana została w ramach grantu MAMBA (Centre of Ex- cellence for Multi-scale Biomolecular Modelling, Bioinformatics and Applications) Projekt nr QLRI-CT-2002-90383.

EN

Problem of similarity significance estimation is crucial in sequence comparison work. In order to assess sequence similarity several parameters should be taken into account. They are: - the percentage of identity, - the length of compared sequences, - distribution of the identical positions along the aligned sequences, - the type of units occupying conservative positions (in proteins), - genetic or structural relationships of the units at corresponding positions (in proteins). Statistical approach presented by Karlin and Altschul [1] proposes a model that distinguishes biologically relevant similarities. Our Java application makes use of these formulas but additionally provides more detailed information concerning the alignments. Our approach searches for similar sequences to the query sequence then estimates the distribution of identical positions. Identities which are located in direct mutual neighborhood are scored higher than regular distributed identity blocks separated by non identical blocks. Furthermore an examined group of sequences may be filtered for selecting the actual and univocal homology. This can be accomplished by : - applying the threshold expect (E) value for computation, - selecting the sequences for which E-values are close, - selecting the sequences of similar length, - selecting the sequences that reveal compact blocks of identical positions. All sequences classified as homologous were used to construct the molecular phylogenetic tree by means of pairwise sequence comparison. Phylogenetic tree construction is based on the scores calculated for the most extreme theoretical distribution cases versus scores calculated for particular sequence pair. This work was supported by MAMBA (Centre of Excellence for Multi-scale Biomolecular Modelling, Bioinformatics and Applications) Project No. QLRI-CT-2002-90383.

11

Correlated mutations in selected protein families

Leluk J., Sobczyk M., Becella Ł.

TASK Quarterly : scientific bulletin of Academic Computer Centre in Gdansk

|

2002

|

Vol. 6, No 3

469-482

EN

Four different protein families (two proteinase inhibitor families, myoglobins and lysozymes) were surveyed for correlated mutations with respect to the position distance and their significance in structure stabilization and biological activity. They were chosen for this study in order to verify the currently admitted model of mutational correlation relationship with respect to spatial contact of the residues and contribution in protein biological activity. There was observed high contribution of spatially dispersed residues (which are also not involved in the protein active center) in mutational correlation. Because of the significantly large distance between correlated positions these cases do not correspond explicitly to any mechanism included in current hypotheses. It is suggested that the role of residue spatial contact in structure preservation, intermolecular interaction and active site rescue mechanisms only partially explains the correlation phenomenon.