タンパク質立体構造分類データベース

SCOP/SCOP2

タンパク質は簡単な α-ヘリックスや β-シートなどの構造を始めとして、多種多様な構造をとる。これらの構造に着目した時、どんな複雑な構造でもいくつかのシンプルな構造の集まりで表すことができる。SCOP データベースは、タンパク質の立体構造を、構造アラインメントの結果や配列類似度に基づいて分類を行なっている。SCOP には、SCOPSCOP2 の 2 つのバージョンが存在する。SCOP は 2009 年以降に更新されいなく、SCOP2 はよく更新されデータ量も多い。

同様なタンパク質構造データベースとして CATH がある。SCOP の分類は系統進化を織り込んでいるのに対して、CATH の分類は立体構造そのものにウェイトが置かれている。

SCOP

SCOP (Murzin et al., 1995, Andreeva et al., 2008) は、PDB から取得したタンパク質に対し構造アラインメントや配列類似度を求め、その結果を利用して、タンパク質の構造分類を行なっている。構造分類は人工で行われ、分類結果の信頼性は高い。しかし、2009 年以降、更新が行われていない。SCOP の分類は、Class > Fold > Superfamily > Family > Protein domain > Species > Domain のように階層構造を取っている。

分類
Class 二次構造の特徴による分類。例えば、以下の様な分類がある。
  • all alpha proteins: 二次構造全体が α-ヘリックスによって構成される
  • all beta proteins: 二次構造全体が β-シートによって構成される
  • alpha and beta proteins (a/b): α-ヘリックスと β-ストランドが交互に並んでいる、ほとんどの場合 β-ストランドは平行である(例:3CHY8TIM
  • alpha and beta proteins (a+b): α-ヘリックスとβ-ストランドが(交互に並ぶのではなく)離れて存在している、ほとんどの場合 β-ストランドは逆平行である(例:2ACY
  • multi-domain proteins (alpha and beta): 二次構造が 2 以上の Class に分類されるような場合ここに分類される、(例えば a+b と a/b が同時に存在する場合など)
  • membrane and cell surface protein and peptides: 膜タンパク質
  • small proteins: 金属リガンド結合部位や S-S 結合に関わる部位
  • coiled-coil proteins: コイルドコイル
Fold 二次構造が折りたたまれた時にできる構造による分類、二次構造が異なっていても、折りたたまれた三次構造が似ているならば同じ Fold に分類される。(CATH の Architecture に相当)
Superfamily そのドメインが遠い共通祖先に由来すると判断されたもの。(CATH の Homologous superfamily に相当)
Family そのドメインが最も近い共通祖先に由来すると判断されたもの。
Protein domain
Species Protein domain のうち、生物種による分類。
Domain タンパク質の一部に基づく分類。シンプルなタンパク質であれば、それ全体がドメインをなす。

SCOP2

SCOP2 (Andreeva et al., 2014)では、PDB に登録されている構造をもとに分類を行っている。SCOP の分類階層においては、1 つの子階層は親を 1 つだけしか持つことができなかったのに対して、SCOP2 では 1 つの子階層が複数の親を持つことができるようになり、非常に柔軟な分類を可能にしている。

SCOP2のグラフ

SCOP2 では、タンパク質を大きく分けで 4 つのカテゴリーによって分類を行っている。

分類  
Protein types Protein types において、タンパク質は配列および構造の特徴をもとに 4 タイプに分類される。
  • soluble
  • membrane
  • fibrous
  • intrinsically disordered
Evolutionary events 構造の類似性が認められないが、互いに系統関係が認められる場合、同じ Evolutionary events に分類される。
Structural classes 二次構造に基づく分類である。従って、構造が似てても二次構造が異なれば、異なるクラスに分類される。
Protein relationships Protein relationships 分類には 3 種類のサブカテゴリーが存在する。
  • Structural
  • Evolutionary
  • Other

References

  • Murzin AG, Brenner SE, Hubbard T, Chothia C. SCOP: a structural classification of proteins database for the investigation of sequences and structures. J Mol Biol. 1995, 247(4):536-40. DOI: 10.1006/jmbi.1995.0159 PMID: 7723011
  • Andreeva A, Howorth D, Chandonia JM, Brenner SE, Hubbard TJ, Chothia C, Murzin AG. Data growth and its impact on the SCOP database: new developments. Nucleic Acids Res. 2008, 36(Database issue):D419-25. DOI: 10.1093/nar/gkm993 PMID: 18000004
  • Andreeva A, Howorth D, Chothia C, Kulesha E, Murzin AG. SCOP2 prototype: a new approach to protein structure mining. Nucleic Acids Res. 2014, 42(Database issue):D310-4. DOI: 10.1093/nar/gkt1242 PMID: 24293656