Threading (protein sequence)
سالماتی حیاتیات میں، پروٹین تھریڈنگ، جسے فولڈ ریکگنیشن بھی کہا جاتا ہے، پروٹین ماڈلنگ کا ایک طریقہ ہے جو ان پروٹینوں کو ماڈل کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے جن کی فولڈ معروف ڈھانچوں کے پروٹینوں کی طرح ہوتی ہے، لیکن ان میں معروف ساخت کے ساتھ ہم جنس پروٹین نہیں ہوتے ہیں۔ یہ ساخت کی پیش گوئی کے ہومیولوجی ماڈلنگ کے طریقہ سے مختلف ہے کیونکہ یہ (پروٹین تھریڈنگ) ان پروٹینوں کے لیے استعمال ہوتا ہے جن کے ہومولوگس پروٹین ڈھانچے پروٹین ڈیٹا بینک (پی ڈی بی) میں جمع نہیں ہوتے ہیں، جبکہ ہومیولوجی ماڈلنگ ان پروٹینوں کے لیے استعمال ہوتی ہے جو ایسا کرتے ہیں۔ تھریڈنگ پی ڈی بی میں جمع شدہ ڈھانچوں اور پروٹین کی ترتیب کے درمیان تعلقات کے شماریاتی علم کا استعمال کرتے ہوئے کام کرتی ہے جسے کوئی ماڈل بنانا چاہتا ہے۔ پیشن گوئی "تھریڈنگ" کے ذریعے کی جاتی ہے (یعنی۔ ٹیمپلیٹ کی ساخت میں ایک پوزیشن پر ہدف کی ترتیب میں ہر امینو ایسڈ کو رکھنا، صف بندی کرنا، اور اس بات کا اندازہ لگانا کہ ہدف ٹیمپلیٹ پر کتنی اچھی طرح فٹ بیٹھتا ہے۔ بہترین فٹ ٹیمپلیٹ کے انتخاب کے بعد، ترتیب کا ساختی ماڈل منتخب کردہ ٹیمپلیٹ کے ساتھ صف بندی کی بنیاد پر بنایا جاتا ہے۔ پروٹین تھریڈنگ دو بنیادی مشاہدات پر مبنی ہے: کہ فطرت میں مختلف تہوں کی تعداد کافی کم ہے (تقریبا 1300) ؛ اور یہ کہ پچھلے تین سالوں میں پی ڈی بی کو جمع کیے گئے 90 فیصد نئے ڈھانچے پہلے سے ہی پی ڈی بی میں موجود ڈھانچوں سے ملتے جلتے ہیں۔ پروٹین ڈھانچے کی درجہ بندی پروٹین کی ساختی درجہ بندی (ایس سی او پی) ڈیٹا بیس معروف ڈھانچے کے ساختی اور ارتقائی تعلقات کی تفصیلی اور جامع وضاحت فراہم کرتا ہے۔ پروٹین کی درجہ بندی ساختی اور ارتقائی تعلق دونوں کی عکاسی کرنے کے لیے کی جاتی ہے۔ درجہ بندی میں بہت سی سطحیں موجود ہیں، لیکن بنیادی سطحیں خاندان، سپر فیملی، اور فولڈ ہیں: خاندان (واضح ارتقائی تعلق): پروٹین جو خاندانوں میں ایک ساتھ جمع ہوتے ہیں واضح طور پر ارتقاء سے متعلق ہوتے ہیں۔ عام طور پر، اس کا مطلب یہ ہے کہ پروٹین کے درمیان جوڑی کے لحاظ سے باقیات کی شناخت 30 فیصد اور اس سے زیادہ ہوتی ہے۔ تاہم، کچھ معاملات میں اسی طرح کے افعال اور ڈھانچے اعلی ترتیب کی شناخت کی عدم موجودگی میں مشترکہ نزول کا قطعی ثبوت فراہم کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، بہت سے گلوبن ایک خاندان بناتے ہیں حالانکہ کچھ ممبروں کی ترتیب کی شناخت صرف 15 فیصد ہوتی ہے۔ سپر فیملی (ممکنہ مشترکہ ارتقائی اصل): وہ پروٹین جن کی ترتیب کی شناخت کم ہوتی ہے، لیکن جن کی ساختی اور فعال خصوصیات سے پتہ چلتا ہے کہ ایک مشترکہ ارتقائی اصل ممکنہ ہے، سپر فیملی میں ایک ساتھ رکھے جاتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ایکٹین، ہیٹ شاک پروٹین کا اے ٹی پیز ڈومین، اور ہیکسوکینز مل کر ایک سپر فیملی بناتے ہیں۔ فولڈ (اہم ساختی مماثلت): پروٹین کی تعریف ایک مشترکہ فولڈ ہونے کے طور پر کی جاتی ہے اگر ان کے پاس ایک ہی ترتیب میں اور ایک ہی ٹپوولوجیکل کنکشن کے ساتھ ایک ہی بڑے ثانوی ڈھانچے ہوں۔ ایک ہی فولڈ والے مختلف پروٹینوں میں اکثر ثانوی ساخت کے پردیی عناصر ہوتے ہیں اور ایسے علاقوں کو موڑ دیتے ہیں جو سائز اور تشکیل میں مختلف ہوتے ہیں۔ بعض صورتوں میں، یہ مختلف پردیی علاقے نصف ساخت پر مشتمل ہو سکتے ہیں۔ ایک ہی فولڈ زمرے میں ایک ساتھ رکھے گئے پروٹین کا مشترکہ ارتقائی ماخذ نہیں ہو سکتا ہے: ساختی مماثلت صرف پروٹین کی طبیعیات اور کیمسٹری سے پیدا ہو سکتی ہے جو کچھ پیکنگ انتظامات اور چین ٹوپولوجیز کی حمایت کرتی ہے۔ طریقہ پروٹین تھریڈنگ کا ایک عمومی نمونہ مندرجہ ذیل چار مراحل پر مشتمل ہوتا ہے: ڈھانچہ ٹیمپلیٹ ڈیٹا بیس کی تعمیر: پروٹین ڈھانچے کے ڈیٹا بیس سے پروٹین ڈھانچے کو ساختی ٹیمپلیٹس کے طور پر منتخب کریں۔ اس میں عام طور پر اعلی ترتیب کی مماثلت کے ساتھ پروٹین کے ڈھانچے کو ہٹانے کے بعد پی ڈی بی، ایف ایس ایس پی، ایس سی او پی، یا سی اے ٹی ایچ جیسے ڈیٹا بیس سے پروٹین کے ڈھانچے کا انتخاب شامل ہوتا ہے۔ اسکورنگ فنکشن کا ڈیزائن: ڈھانچے اور ترتیبات کے درمیان معروف تعلقات کے علم کی بنیاد پر ٹارگٹ سیکوینس اور ٹیمپلیٹس کے درمیان فٹنس کی پیمائش کے لیے ایک اچھا اسکورنگ فنکشن ڈیزائن کریں۔ ایک اچھے اسکورنگ فنکشن میں اتپریورتن کی صلاحیت، ماحولیاتی فٹنس کی صلاحیت، جوڑی کے لحاظ سے صلاحیت، ثانوی ڈھانچے کی مطابقت، اور خلا کے جرمانے شامل ہونے چاہئیں۔ انرجی فنکشن کے معیار کا پیشن گوئی کی درستگی، خاص طور پر صف بندی کی درستگی سے گہرا تعلق ہے۔ تھریڈنگ الائنمنٹ: ڈیزائن کردہ اسکورنگ فنکشن کو بہتر بنا کر ہر ڈھانچے کے ٹیمپلیٹس کے ساتھ ہدف کی ترتیب کو سیدھا کریں۔ یہ مرحلہ تھریڈنگ پر مبنی تمام ڈھانچے کی پیش گوئی کے پروگراموں کے بڑے کاموں میں سے ایک ہے جو جوڑی کے لحاظ سے رابطے کی صلاحیت کو مدنظر رکھتا ہے ؛ بصورت دیگر، ایک متحرک پروگرامنگ الگورتھم اسے پورا کر سکتا ہے۔ تھریڈنگ پیشن گوئی: تھریڈنگ صف بندی کا انتخاب کریں جو تھریڈنگ پیشن گوئی کے طور پر شماریاتی طور پر سب سے زیادہ ممکنہ ہو۔ پھر ٹارگٹ سیکوینس کے ریڑھ کی ہڈی کے ایٹموں کو منتخب ساختی ٹیمپلیٹ کی صف بندی شدہ ریڑھ کی ہڈی کی پوزیشنوں پر رکھ کر ہدف کے لیے ایک ساختی ماڈل بنائیں۔ ہومیولوجی ماڈلنگ کے ساتھ موازنہ ہومیولوجی ماڈلنگ اور پروٹین تھریڈنگ دونوں ٹیمپلیٹ پر مبنی طریقے ہیں اور پیشن گوئی کی تکنیکوں کے لحاظ سے ان کے درمیان کوئی سخت حد نہیں ہے۔ لیکن ان کے اہداف کے پروٹین کے ڈھانچے مختلف ہیں۔ ہومیولوجی ماڈلنگ ان اہداف کے لیے ہے جن میں معروف ساخت کے ساتھ ہم جنس پرست پروٹین ہوتے ہیں (عام طور پر/شاید ایک ہی خاندان کے)، جبکہ پروٹین تھریڈنگ ان اہداف کے لیے ہوتی ہے جن میں صرف فولڈ لیول ہومیولوجی پائی جاتی ہے۔ دوسرے لفظوں میں، ہومیولوجی ماڈلنگ "آسان" اہداف کے لیے ہے اور پروٹین تھریڈنگ "مشکل" اہداف کے لیے ہے۔ ہومیولوجی ماڈلنگ ٹیمپلیٹ کو صف بندی میں ایک ترتیب کے طور پر پیش کرتی ہے، اور پیش گوئی کے لیے صرف ترتیب ہومیولوجی کا استعمال کیا جاتا ہے۔ پروٹین تھریڈنگ ٹیمپلیٹ کو صف بندی میں ایک ڈھانچے کے طور پر پیش کرتی ہے، اور صف بندی سے نکالی گئی ترتیب اور ساخت کی معلومات دونوں کو پیش گوئی کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ جب کوئی اہم ہومیولوجی نہیں ملتی ہے، تو پروٹین تھریڈنگ ساخت کی معلومات کی بنیاد پر پیش گوئی کر سکتی ہے۔ اس سے یہ بھی پتہ چلتا ہے کہ پروٹین تھریڈنگ بہت سے معاملات میں ہومیولوجی ماڈلنگ سے زیادہ موثر کیوں ہو سکتی ہے۔ عملی طور پر، جب ترتیب کی صف بندی میں ترتیب کی شناخت کم ہوتی ہے (یعنی۔ <25 ٪)، ہومیولوجی ماڈلنگ ایک اہم پیش گوئی نہیں کر سکتی ہے۔ اس صورت میں، اگر ہدف کے لیے دور کی ہم آہنگی پائی جاتی ہے، تو پروٹین تھریڈنگ ایک اچھی پیش گوئی پیدا کر سکتی ہے۔ تھریڈنگ کے بارے میں مزید فولڈ ریکگنیشن کے طریقوں کو وسیع پیمانے پر دو اقسام میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: وہ جو فولڈ لائبریری میں ہر ڈھانچے کے لیے 1-D پروفائل حاصل کرتے ہیں اور ہدف کی ترتیب کو ان پروفائلز سے ہم آہنگ کرتے ہیں ؛ اور وہ جو پروٹین ٹیمپلیٹ کے مکمل 3-D ڈھانچے پر غور کرتے ہیں۔ پروفائل کی نمائندگی کی ایک سادہ سی مثال یہ ہوگی کہ ڈھانچے میں موجود ہر امینو ایسڈ کو لے کر اس پر صرف اس کے مطابق لیبل لگائیں کہ آیا یہ پروٹین کے مرکز میں دفن ہے یا سطح پر بے نقاب ہے۔ مزید تفصیلی پروفائلز مقامی ثانوی ڈھانچے کو مدنظر رکھ سکتے ہیں (مثال کے طور پر۔ چاہے امینو ایسڈ الفا ہیلکس کا حصہ ہو) یا حتی کہ ارتقائی معلومات (امینو ایسڈ کتنا محفوظ ہے)۔ 3-D نمائندگی میں، ساخت کو بین جوہری فاصلے کے ایک سیٹ کے طور پر ماڈل کیا گیا ہے، یعنی۔ ساخت میں کچھ یا تمام ایٹم جوڑوں کے درمیان فاصلے کا حساب لگایا جاتا ہے۔ یہ ساخت کی ایک بہت زیادہ امیر اور کہیں زیادہ لچکدار وضاحت ہے، لیکن صف بندی کا حساب لگانے میں استعمال کرنا بہت مشکل ہے۔ پروفائل پر مبنی فولڈ ریکگنیشن اپروچ کو سب سے پہلے 1991 میں بووی، لتھی اور ڈیوڈ آئزن برگ نے بیان کیا تھا۔ تھریڈنگ کی اصطلاح سب سے پہلے 1992 میں ڈیوڈ جونز، ولیم آر ٹیلر اور جینیٹ تھورنٹن نے وضع کی تھی، اور اصل میں خاص طور پر فولڈ ریکگنیشن میں پروٹین ٹیمپلیٹ کی مکمل 3-D ساخت جوہری نمائندگی کے استعمال کا حوالہ دیا گیا تھا۔ آج، تھریڈنگ اور فولڈ ریکگنیشن کی اصطلاحات اکثر (اگرچہ کسی حد تک غلط طریقے سے) ایک دوسرے کے بدلے استعمال ہوتی ہیں۔ فولڈ ریکگنیشن کے طریقے وسیع پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں اور موثر ہوتے ہیں کیونکہ یہ خیال کیا جاتا ہے کہ فطرت میں مختلف پروٹین فولڈز کی سختی سے محدود تعداد موجود ہے، زیادہ تر ارتقاء کے نتیجے میں بلکہ پولی پیپٹائڈ زنجیروں کی بنیادی طبیعیات اور کیمسٹری کی طرف سے عائد کردہ رکاوٹوں کی وجہ سے بھی۔ لہذا، اس بات کا ایک اچھا امکان ہے (فی الحال 70-80%) کہ ایک پروٹین جس کا ہدف پروٹین سے ملتا جلتا فولڈ ہے اس کا پہلے ہی ایکس رے کرسٹلگرافی یا نیوکلیئر مقناطیسی گونج (این ایم آر) سپیکٹروسکوپی کے ذریعے مطالعہ کیا جا چکا ہے اور اسے پی ڈی بی میں پایا جا سکتا ہے۔ فی الحال تقریبا 1300 مختلف پروٹین فولڈز معلوم ہیں، لیکن جاری ساختی جینومکس منصوبوں کے اہم حصے کی وجہ سے ہر سال اب بھی نئے فولڈز دریافت کیے جا رہے ہیں۔ کسی ڈھانچے پر ترتیب کی درست تھریڈنگ تلاش کرنے کے لیے بہت سے مختلف الگورتھم تجویز کیے گئے ہیں، حالانکہ بہت سے لوگ کسی نہ کسی شکل میں متحرک پروگرامنگ کا استعمال کرتے ہیں۔ مکمل 3-D تھریڈنگ کے لیے، بہترین صف بندی کی شناخت کا مسئلہ بہت مشکل ہے (تھریڈنگ کے کچھ ماڈلز کے لیے یہ ایک NP-سخت مسئلہ ہے)۔ محققین نے بہت سے مشترکہ اصلاح کے طریقوں کا استعمال کیا ہے جیسے کہ مشروط بے ترتیب فیلڈز، مصنوعی اینیلنگ، برانچ اور باؤنڈ اور لکیری پروگرامنگ، جو ہیورسٹک حلوں تک پہنچنے کے لیے تلاش کر رہے ہیں۔ تھریڈنگ کے طریقوں کا موازنہ ان طریقوں سے کرنا دلچسپ ہے جو دو پروٹین ڈھانچوں (پروٹین ساختی صف بندی) کو سیدھ میں لانے کی کوشش کرتے ہیں، اور درحقیقت دونوں مسائل پر بہت سے ایک جیسے الگورتھم کا اطلاق کیا گیا ہے۔ پروٹین تھریڈنگ سافٹ ویئر ایچ ایچ پریڈ ایک مقبول تھریڈنگ سرور ہے جو ایچ ایچ سرچ چلاتا ہے، جو پوشیدہ مارکوف ماڈلز کے جوڑی کے لحاظ سے موازنہ پر مبنی ریموٹ ہومیولوجی کا پتہ لگانے کے لیے بڑے پیمانے پر استعمال ہونے والا سافٹ ویئر ہے۔ ریپٹر (سافٹ ویئر) ایک انٹیجر پروگرامنگ پر مبنی پروٹین تھریڈنگ سافٹ ویئر ہے۔ اس کی جگہ پروٹین ماڈلنگ اور تجزیہ کے لیے ایک نئے پروٹین تھریڈنگ پروگرام ریپٹر ایکس/سافٹ ویئر نے لے لی ہے، جو واحد ٹیمپلیٹ اور ملٹی ٹیمپلیٹ پر مبنی پروٹین تھریڈنگ دونوں کے لیے ممکنہ گرافیکل ماڈل اور شماریاتی تخمینے کو استعمال کرتا ہے۔ ریپٹر ایکس نمایاں طور پر ریپٹر سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے اور خاص طور پر پروٹین کو کم سیکوینس پروفائل کے ساتھ صف بندی کرنے میں اچھا ہے۔ ریپٹر ایکس سرور عوام کے لیے مفت ہے۔ فائر ایک مقبول تھریڈنگ سرور ہے جو ایچ ایچ سرچ کو اے بی انیٹیو اور ملٹیپل ٹیمپلیٹ ماڈلنگ کے ساتھ جوڑتا ہے۔ مسٹر ایک معیاری تھریڈنگ الگورتھم ہے جو متحرک پروگرامنگ اور ترتیب پروفائل پروفائل صف بندی پر مبنی ہے۔ یہ ترتیب پروفائل صف بندی میں مدد کے لیے متعدد ساختی وسائل کو بھی یکجا کرتا ہے۔ SPARKS X استفسار کی پیش گوئی شدہ ایک جہتی ساختی خصوصیات اور ٹیمپلیٹس کی متعلقہ مقامی خصوصیات کے درمیان ایک ممکنہ بنیاد پر ترتیب سے ساخت کا ملاپ ہے۔ بائیو شیل ایک تھریڈنگ الگورتھم ہے جو پیش گوئی شدہ ثانوی ڈھانچے کے ساتھ مل کر بہتر پروفائل سے پروفائل متحرک پروگرامنگ الگورتھم کا استعمال کرتا ہے۔ ہومیولوجی ماڈلنگ پروٹین ڈھانچہ پیشن گوئی پروٹین ڈھانچہ پیشن گوئی سافٹ ویئر حوالہ جات مزید پڑھنے پروٹین کے طریقے بائیو انفارمیٹکس دیکھیں