Characterization of PDZ domain-peptide interaction interface based on energetic patterns.
Characterization of PDZ domain-peptide interaction interface based on energetic patterns.
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DOI：
10.1002/prot.23157
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发表时间：
2011-11
影响因子：
2.9
通讯作者：
Wang, Wei
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li, Nan;Hou, Tingjun;Ding, Bo;Wang, Wei
关键词：
PDZ 结构域是识别短肽序列以介导蛋白质-蛋白质相互作用的丰富的模块化结构域之一。为了破译 PDZ 结构域的结合特异性，我们使用 MIEC-SVM 方法分析了 11 个小鼠 PDZ 结构域和 2387 个肽之间的相互作用，该方法使用分子相互作用能量分量 (MIEC) 积极表征结构域-肽相互作用，并使用支持向量机 (SVM) 预测结合特异性。交叉验证和留一域测试表明，在相互作用界面上使用所有 44 个 PDZ 肽残基对的 MIEC-SVM 优于文献中基于序列的方法。进一步的特征（残基对）选择程序表明，16 个残基对对结合特异性没有任何信息，尽管它们对结合能有显着贡献（~50%）。如果仅使用28个信息残基对，MIEC-SVM在预测PDZ结合特异性方面的性能显着提高。该分析表明，PDZ 结构域和肽之间的信息性和非信息性残基相互作用可能分别代表那些有助于结合特异性和亲和力的相互作用。我们进行了额外的结构和能量分析，以阐明 PDZ 肽识别是如何建立的。 MIEC-SVM 方法在本研究中的 PDZ 结构域和我们之前的研究中的 SH3 结构域上的成功说明了其在表征蛋白质-肽相互作用以及从结构和能量角度理解蛋白质识别方面的通用性。
PDZ domain is one of the abundant modular domains that recognize short peptide sequences to mediate protein-protein interactions. In order to decipher the binding specificity of PDZ domain, we analyzed the interactions between 11 mouse PDZ domains and 2387 peptides using a method called MIEC-SVM, which energetically characterizes the domain-peptide interaction using molecular interaction energy components (MIECs) and predicts binding specificity using support vector machine (SVM). Cross-validation and leave-one-domain-out test showed that the MIEC-SVM using all 44 PDZ-peptide residue pairs at the interaction interface outperformed the sequence-based methods in the literature. A further feature (residue pair) selection procedure illustrated that 16 residue pairs were uninformative to the binding specificity, even though they contributed significantly (~50%) to the binding energy. If only using the 28 informative residue pairs, the performance of the MIEC-SVM on predicting the PDZ binding specificity was significantly improved. This analysis suggests that the informative and uninformative residue interactions between the PDZ domain and the peptide may represent those contributing to binding specificity and affinity, respectively. We performed additional structural and energetic analyses to shed light on understanding how the PDZ-peptide recognition is established. The success of the MIEC-SVM method on PDZ domains in this study and SH3 domains in our previous studies illustrates its generality on characterizing protein-peptide interactions and understanding protein recognition from a structural and energetic viewpoint.
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