Exit regions of cavities in proteins

Abstract

Proteins have a complex three dimensional structure with empty cavities and tunnels in the inter-atomic space and these spatial features are often essential for the correct biological function. Many discrete and analytical methods have been developed for the computation, analysis and visualization of these features. In this paper, we focus on the connection of cavities with the space outside a protein. This connection would normally be described by tunnels. However, the number of possible solutions can be very high and therefore a nontrivial pruning of solutions is needed to deliver only a few representatives. Therefore, we propose an alternative kind of spatial features called exit regions of cavities. These regions capture the critical locations where a spherical probe, initially placed in a cavity, can leave the protein if the probe is allowed to shrink. The shape of an exit region is more detailed when compared against the simple circular profile of a tunnel. Tunnels, on the other hand, provide more information about the exact path.

Proteiny mají složitou trojrozměrnou strukturu s dutinami a tunely v prostoru mezi atomy a tyto prostorové útvary jsou často velmi významné pro správnou biologickou funkci proteinu. Bylo vyvinuto mnoho diskrétních i analytických metod pro výpočet, vizualizaci a analýzu těchto prostorových útvarů. V tomto článku se zaměřujeme na propojení dutin s vnějším prostorem proteinu. Takové propojení by bylo normálně popsáno pomocí tunelů, ale počet takových řešení může být poměrně vysoký. Množina řešení pak vyžaduje netriviální ořezání, aby bylo dosaženo zobrazení jen několika reprezentativních řešení. Proto jsme navrhli alternativní typ prostorových útvarů, kterým říkáme exit regiony dutin. Tyto regiony zachycují kritické pozice, ve kterých sférická sonda, původně umístěná v nějaké dutině, dokáže bezkolizně opustit protein, pokud je jí dovoleno se zmenšovat. Tvar těchto exit regionů je více detailní než v případě jednoduchých kruhových profilů tunelů. Tunely, na druhou stranu, poskytují více informací o přesné cestě.