Homology modelling: a review about the method on hand of the diabetic antigen GAD 65 structure

Zusammenfassung. Dieser Ubersichtsartikel behandelt dieGrundlagen und klinische Anwendungen der Protein-Struktur-vorhersage mit der „Homology Modelling“-Methode. Der Artikelrichtet sich vornehmlich an Mediziner und medizinische Che-miker. Da viele Proteine unmittelbar von klinischer Bedeutungsind, ist die Strukturbestimmung entscheidend fur das Ver-standnis der molekularen Grundlage von Stoffwechsel, Signal-ubertragung, Immunreaktionen und damit assoziiertenKrankheiten. „Homology Modelling“ beruht auf dem Prinzip,dass Proteine mit ahnlichen Sequenzen hohe Strukturuber-einstimmungen aufweisen. Dabei werden Informationen, wieAtomabstande, Bindungslangen, Bindungswinkel etc., uber be-reits bekannten Strukturen verwendet, um die unbekannte Pro-teinstrukturanhandihrerSequenzvorauszusagen.DainZukunftfur jede Proteinfamilie mindestens ein Mitglied mit bekannterStrukturverfugbarseinwird,istzuerwarten,dassBedeutungundAnwendbarkeit der „Homology Modelling“-Methode weiter zu-nehmen werden. In dieser Arbeit werden die Grundlagen derMethode anhand der Strukturvorhersage des Enzyms GlutamateDecarboxylase (GAD 65) erlautert. GAD 65 spielt als Antigen beiDiabetes Mellitus Typ 1 eine entscheidende Rolle.Schlusselworter: Bioinformatik, Homology Modelling, GAD65, Epitope, Aktiv-ZentrumSummary. This introductory paper describes the basic prin-ciples and clinical applications of the protein 3D structure pre-diction by homology modelling. The paper mainly addressesphysicians and medical chemists. Because many proteins are ofimmediate clinical importance, the determination of their struc-tures is crucial for molecular medicine. In homology modelling,a protein sequence with unknown structure is aligned withsequences of known protein structures. By exploiting structuralinformation from the known configurations, the new structurecan be predicted. The necessary condition for successful homol-ogy modelling is a sufficient similarity between the protein se-quences. Because in the near future for every protein family atleast one member with a known structure will be available, theimportance and applicability of homology modelling is steadilyincreasing. We demonstrate the principles of homology model-ling on hand of the Glutamic Acid Decarboxylase (GAD 65)structure prediction, which is a typical autoantigen involved inDiabetes Mellitus Type 1.Key words: Bioinformatics, homology modelling, GAD 65,epitopes, active site