Quasi-triangulation을 이용한 단백질의 3차원 구조 유사성

Abstract

21세기는 포스트 지놈(post genome)시대로써, 인체에서 DNA와 함께 생체활동에 중요한 역할을 하는 생물 고분자인 단백질의 중요성이 커지고 있다. 흔히 생물학자들에게는 단백질의 구조는 단백질의 기능을 결정짓는다고 알려져 있다. 그래서 어떤 단백질의 기능을 알기 위해서는 기존에 알려진 단백질의 구조를 찾아 그 기능을 예측할 수 있다. 3차원 구조가 밝혀진 단백질의 데이타베이스인 PDB(Protein Data Bank)에는 약 5만개 정도의 단백질이 있다. 이렇게 많은 단백질 속에서 형상이 비슷한 단백질을 찾는 것은 매우 힘든 일이기 때문에, 대략적으로 빨리 비슷한 후보 단백질을 찾는 것이 중요하다. 2002년에 소개된 RASCAL은 작은 단위의 화합물을 꼭지점(vertex)과 모서리(edge)들로 이루어진 그라프(graph)로 표현하여 스크리닝(screening)을 통해 대략적으로 비슷한 단백질을 빨리 찾는 연구를 하였다. 본 논문에서는 화합물에 적용하였던 RASCAL의 스크리닝을 고분자 화합물인 단백질에 적용하여 보았다. 하지만 RASCAL은 기하정보를 고려하지 않고 결합(bond)정보만을 이용하여 형상을 제대로 표현하지 못하였기 때문에, 형상정보를 잘 표현할 수 있는 구의 보로노이 다이어그램의 쌍대구조(dual)인 quasi-triangulation을 이용하였다. 실험은 100개의 샘플 단백질을 가지고, RASCAL과 제안된 방법에 대해 유사성 실험을 한 후, 형상을 어느 정도 잘 표현할 수 있는지 비교하였다. 기하정보를 다루는 제안된 방법을 이용하여 스크리닝 방법을 통해 빠르고 정확한 답을 찾을 수 있다면, 이는 생물학자들의 연구에 매우 유용할 것이며, 신약개발에 있어 개발초기에 유사한 단백질을 신속하게 찾는데 도움을 주어 신약 개발에 들어나는 비용을 줄여 시너지 효과를 극대화 할 수 있을 것이라 사료된다.; In the twenty first century, we entered upon an era of post-genome. A protein is a large organic compound playing a role in essential parts of biological process in a living body, and become more important with DNA. It is known that the structure of a protein determines its function. So, we can get information about some functions of proteins from finding some well-known proteins similar with the structure of the protein. In PDB(Protein Data Bank), the structure database of proteins has a great number of proteins revealed 3D structure. It is approximately 50,000. It is important to find candidates of similar proteins roughly and quickly because it is very hard to select similar proteins in aspects of a 3D shape in the huge DB. In 2002, RASCAL studied the problem of finding similar compounds roughly and quickly through a screening procedures using a graph consisting of vertices and edges. In this study, we applied the screening procedure of RASCAL dealing with compounds to some proteins. RASCAL, however, could not represent a shape of some proteins well because they used only chemical information regardless of geometric information. So we used quasi-triangulation as a dual of Voronoi diagram representing 3D structure well. In this experiment, with 100 sample proteins we compared the results of proposed method and RASCAL in aspects of a shape. It is so useful for biologists if proposed screening method can find some similar protein quickly and precisely. It also can contribute cost reduction to early stage of a drug design.