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PREDICCIîN FUNCIONAL Y MODELADO DE REDES MOLECULARES

 

 

 

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Dr. Juan Antonio Garc’a Ranea                                             Predoc. Ian Morilla

ranea@uma.es                                                                                        ian.morilla@uma.es

 

 

Contacto:

 

Departamento de Biolog’a Molecular y Bioqu’mica.

Facultad de Ciencias – Universidad de M‡laga.

Campus de Teatinos s/n 29071 M‡laga – Spain.

+34 952 13 20 25.

 

 

Trayectoria Investigadora del IP:

 

Desde 2008: Investigador Ram—n y Cajal. Universidad de M‡laga.

2002-2007: Investigador Senior en la University College London.

2001: Doctor en Ciencias. Universidad de M‡laga.

2000: Master en Administraci—n y Direcci—n de Empresas: Executive-MBA, ICAI-ICADE, Universidad Pontificia de Comillas. Madrid.

1996-2002: Becario de investigaci—n en el Centro Nacional de Biotecnolog’a, Consejo Superior de Investigaciones Cient’ficas. Madrid.

1995-1996: Becario de investigaci—n en el Centro de Biolog’a Molecular Severo Ochoa, Consejo Superior de Investigaciones Cient’ficas. Madrid.

1992-1995: Estudiante interno y posteriormente becario de investigaci—n en el Departamento de GenŽtica, Universidad de M‡laga.

1994: Licenciado en Ciencias Biol—gicas. Universidad de M‡laga.

 

 

L’neas de Investigaci—n:

 

 

1.    Predicci—n, modelado y an‡lisis topol—gico de redes de prote’nas para los proteomas completos de H. sapiens y Saccharomyces cerevisiae.

 

En estrecha colaboraci—n con el grupo de la profesora Christine Orengo en la University College London (UCL), hemos modelado dos tipos de redes de interacci—n entre prote’nas para los proteomas completos de H. sapiens y S. cerevisiae, redes que denominamos KnowledgeGram (KG) y PredictoGram (PG) por el origen de los datos usados en su construcci—n. Las redes KG integran la informaci—n sobre asociaci—n funcional de pares de prote’nas obtenida de bases de datos de ÒconocimientoÓ biol—gico y/o experimental, tales como: HRPD, MINT, Intact, Reactome, Kegg, Gene Ontology (GO) y FunCat. Mientras que las redes PG, integran mediante el mŽtodo Fisher, predicciones ab-initio de interacci—n entre prote’nas obtenidas por tres mŽtodos bioinform‡ticos distintos dise–ados y desarrollados en Žste mismo trabajo, como son: GECO (Gene Expressison  COrrelation). CODA (Co-Ocurrence Domain Analysis); y hiPPI (homology inherited Protein-Protein Interactions).

En este trabajo demostramos que las redes PG, basadas en predicciones, presentan las mismas caracter’sticas topol—gicas de las redes biol—gicas experimentales KG. TambiŽn demostramos que las redes PG contienen informaci—n funcional clave en el modelado de los sistemas biol—gicos que componen estos dos organismos estudiados, informaci—n que en un alto porcentaje (80%-90%) no est‡ recogida en las redes KG basadas en evidencias experimentales.

 

2.    Modelado y an‡lisis evolutivo de los complejos de prote’nas en los proteomas completos de Escherichia coli y Saccharomyces cerevisiae.

 

En colaboraci—n con la UCL hemos modelado con alta precisi—n los complejos de prote’nas para los proteomas completos de E. coli y S. cerevisiae, bas‡ndonos en complejos de prote’nas comœnmente aceptados por la comunidad cient’fica y en complejos inferidos a partir de experimentos de alto rendimiento de interacciones entre prote’nas.

En este trabajo demostramos que existen diferencias substanciales en c—mo han evolucionado los complejos de prote’nas entre estos dos organismos estudiados. Un modelo previamente propuesto sobre la evoluci—n de los complejos de prote’nas identific— complejos con nœcleos centrales formados por la interacci—n de prote’nas hom—logas. En este trabajo encontramos evidencias que apoyan la relativa importancia de este modo de evoluci—n en la levadura (S. cerevisiae), pero tambiŽn encontramos que este fen—meno es mucho menos comœn en la evoluci—n de los complejos procariotas (E. coli). Nuestros resultados apuntan a profundas diferencias en el modo en el que los complejos han evolucionado entre estos dos organismos, sugiriendo estrategias diferentes en la  evoluci—n de los complejos de prote’nas entre procariotas y eucariotas.

 

3.    Predicci—n de nuevas prote’nas implicadas en la formaci—n del huso mit—tico en el proteoma humano.

 

Este trabajo ha sido desarrollado en colaboraci—n con distintos grupos multidisciplinares de investigadores europeos dentro de la red de excelencia europea en biolog’a de sistemas ENFIN (Experimental Network for Functional INtegration; European FP6 Programme; www.enfin.org).

 Adem‡s de participar en el desarrollo de nuevas herramientas predictivas de prote’nas del huso mit—tico, en este trabajo heMOS desarrollado una plataforma integrada de predicci—n del huso mit—tico (SPIP, Spindle Prediction Integrated Platform; ver Figura I.1a) coordinando la integraci—n de las distintas series de predicciones generadas por los distintos grupos colaboradores como son el grupo de la University College London  (UCL; Prof. C. Orengo), el del Centro Nacional de Investigaciones Oncol—gicas (CNIO-Madrid; Dr. Alfonso Valencia) y el de la Technical University of Denmark (TUD; Prof. S. Brunak). La plataforma de integraci—n y muchos de los mŽtodos de predicci—n creados en colaboraci—n con la UCL (ver punto 1.1 y 1.2) son la base de la metodolog’a aplicada en este trabajo.

Las predicciones de la plataforma SPIP fueron validadas experimentalmente por el grupo del Profesor Erich Nigg (Max Planck Institute of Biochemistry – Munich; ver Figura I.1b) con un porcentaje de Žxito superior al 80%, cuando en protocolos bioinform‡ticos anteriores se alcanz— un porcentaje m‡ximo de Žxito del 35%.

 

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Figura I.1. A) Representaci—n esquem‡tica del flujo de informaci—n y tratamiento de datos en la plataforma SPIP de integraci—n (SPIP, Spindle Prediction Integrated Platform). B) Imagines de algunos de los experimentos de localizaci—n en el huso mit—tico de las prote’nas spindle predichas por la plataforma SPIP y validadas por el grupo del Max-Planck en Munich.

 

 

4.    FuncNet: Integraci—n de mŽtodos bioinform‡ticos para la predicci—n de alto rendimiento de la funci—n de prote’nas.

 

Este trabajo est‡ siendo desarrollado dentro de un marco amplio de colaboraci—n entre grupos de investigaci—n europea en el ‡rea de la biocomputaci—n. La metodolog’a, protocolos y procesos desarrollados en los cap’tulos 1.1, 1.2 y 1.3 son la base de conocimiento para la creaci—n del servidor FuncNet. El desarrollo de FuncNet ha sido financiado por las redes de excelencia europeas EMBRACE y ENFIN.

FuncNet es una plataforma inform‡tica para la predicci—n funcional de prote’nas, la cual integra mœltiples mŽtodos predictivos bien establecidos que interaccionan con la plataforma enviando a Žsta los resultados obtenidos independientemente en cada uno de los servidores asociados a la misma. Desde la Universidad de M‡laga hemos colaborado con el desarrollado del algoritmo y protocolo de integraci—n matem‡tica de esta plataforma.

FuncNet permite a los usuarios la integraci—n de los resultados de diversos algoritmos predictivos en un solo proceso de bœsqueda, a la vez que ven incrementado el poder predictivo sobre su bœsqueda mediante la combinaci—n y/o integraci—n de los distintos mŽtodos (Figura I.2). Documentaci—n tŽcnica y los manuales de uso est‡n disponibles en: http://www.funcnet.eu/

 

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Figura I.2. A) Representaci—n esquem‡tica de la plataforma FuncNet de integraci—n y de B) su flujo y proceso de datos.

 

 

5.    Modelado 3D del complejo de interacci—n de la prote’na 14-3-3 con KSR1.

 

Este trabajo fue desarrollado en colaboraci—n con el grupo del Dr. JosŽ Lozano en la Universidad de M‡laga. Nuestra colaboraci—n  consisti— en la construcci—n de modelos 3D de interacci—n entre la prote’na 14-3-3 γ y los fosfopŽptidos RSKpSHE (PS297) y RTEpSVP (PS392) de la prote’na KSR1 usando como modelos la estructura conocida de 14-3-3 γ unida al fosfopŽptido tipo I, RAIpSLP.

El modelo resultante (Figura I.3) mostr— que todos los residuos del sitio de interacci—n en 14-3-3 γ estaban completamente conservados en las 7 isoformas de la prote’na 14-3-3 humana. Los resultados de este modelo confirmaron que la especificidad de la interacci—n est‡ principalmente determinada por la secuencia del fosfopŽptido m‡s que por el surco de interacci—n de la prote’na 14-3-3. El estudio comparativo de las distintas estructuras del complejo 14-3-3/fosfopŽptido conocidas permiti— determinar las relaciones entre las variaciones de los residuos en distintas posiciones de la secuencia del fosfopŽtido y los cambios conformacionales asociados en la interacci—n con 14-3-3 γ.

 

 

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Figura I.3. Modelo 3D de la interacci—n entre la prote’na 14-3-3 γ y los fosfopŽptidos RSKpSHE (PS297) (a y c) y RTEpSVP (PS392) (b). Modelo 3D conformacional comparativo de 14-3-3 con distintos fosfopŽtidos (d).

 

 

 

Publicaciones:

 

The functional interaction of 14-3-3 proteins with the ERK1/2 scaffold KSR1 occurs in an isoform-specific manner.

Jagemann LR, PŽrez-Rivas LG, Ruiz EJ, Ranea JA, S‡nchez-JimŽnez F, Nebreda AR, Alba E, Lozano J.

J Biol Chem. 2008 Jun 20;283(25):17450-62. Epub 2008 Apr 21.

 

Predicting protein function with hierarchical phylogenetic profiles: the Gene3D Phylo-Tuner method applied to eukaryotic genomes.

Ranea JA, Yeats C, Grant A, Orengo CA.

PLoS Comput Biol. 2007 Nov;3(11):e237. Epub 2007 Oct 18.

 

Protein superfamily evolution and the last universal common ancestor (LUCA).

Ranea JA, Sillero A, Thornton JM, Orengo CA.

J Mol Evol. 2006 Oct;63(4):513-25. Epub 2006 Oct 4.

 

TSEMA: interactive prediction of protein pairings between interacting families.

Izarzugaza JM, Juan D, Pons C, Ranea JA, Valencia A, Pazos F.

Nucleic Acids Res. 2006 Jul 1;34(Web Server issue):W315-9.

 

Exploiting protein structure data to explore the evolution of protein function and biological complexity.

Marsden RL, Ranea JA, Sillero A, Redfern O, Yeats C, Maibaum M, Lee D, Addou S, Reeves GA, Dallman TJ, Orengo CA. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2006 Mar 29;361(1467):425-40. Review.

 

Genome evolution: micro(be)-economics.

Ranea JA. Heredity. 2006 May;96(5):337-8.

 

Assessing protein co-evolution in the context of the tree of life assists in the prediction of the interactome.

Pazos F, Ranea JA, Juan D, Sternberg MJ. J Mol Biol. 2005 Sep 30;352(4):1002-15.

 

Microeconomic principles explain an optimal genome size in bacteria.

Ranea JA, Grant A, Thornton JM, Orengo CA. Trends Genet. 2005 Jan;21(1):21-5.

 

Evolution of protein superfamilies and bacterial genome size.

Ranea JA, Buchan DW, Thornton JM, Orengo CA. J Mol Biol. 2004 Feb 27;336(4):871-87.

 

Heparan sulphate mediates swine vesicular disease virus attachment to the host cell.

Escribano-Romero E, Jimenez-Clavero MA, Gomes P, Garc’a-Ranea JA, Ley V.

J Gen Virol. 2004 Mar;85(Pt 3):653-63.

 

The small GTP-binding protein, Rhes, regulates signal transduction from G protein-coupled receptors.

Vargiu P, De Abajo R, Garcia-Ranea JA, Valencia A, Santisteban P, Crespo P, Bernal J.

Oncogene. 2004 Jan 15;23(2):559-68.

 

p23 and HSP20/alpha-crystallin proteins define a conserved sequence domain present in other eukaryotic protein families.

Garcia-Ranea JA, Mirey G, Camonis J, Valencia A.

FEBS Lett. 2002 Oct 9;529(2-3):162-7.

 

Mapping of linear epitopes on the capsid proteins of swine vesicular disease virus using monoclonal antibodies.

Borrego B, Garc’a-Ranea JA, Douglas A, Brocchi E.

J Gen Virol. 2002 Jun;83(Pt 6):1387-95.

 

Characterization of neutralization sites on the circulating variant of swine vesicular disease virus (SVDV): a new site is shared by SVDV and the related coxsackie B5 virus.

Borrego B, Carra E, Garc’a-Ranea JA, Brocchi E.

J Gen Virol. 2002 Jan;83(Pt 1):35-44.

 

Immune recognition of swine vesicular disease virus structural proteins: novel antigenic regions that are not exposed in the capsid.

JimŽnez-Clavero MA, Douglas A, Lavery T, Garcia-Ranea JA, Ley V.

Virology. 2000 Apr 25;270(1):76-83.

 

Model of the ran-RCC1 interaction using biochemical and docking experiments.

Azuma Y, Renault L, Garc’a-Ranea JA, Valencia A, Nishimoto T, Wittinghofer A.

J Mol Biol. 1999 Jun 18;289(4):1119-30.

 

Effector recognition by the small GTP-binding proteins Ras and Ral.

Bauer B, Mirey G, Vetter IR, Garc’a-Ranea JA, Valencia A, Wittinghofer A, Camonis JH, Cool RH.

J Biol Chem. 1999 Jun 18;274(25):17763-70.

 

RhoGAPs and RhoGDIs, (His)stories of two families.

Zalcman G, Dorseuil O, Garcia-Ranea JA, Gacon G, Camonis J.

Prog Mol Subcell Biol. 1999;22:85-113. Review. No abstract available.

 

Distribution and functional diversification of the ras superfamily in Saccharomyces cerevisiae.

Garcia-Ranea JA, Valencia A.

FEBS Lett. 1998 Sep 4;434(3):219-25.

 

Search for ancient patterns in protein sequences.

Thode G, Garc’a-Ranea JA, Jimenez J.

J Mol Evol. 1996 Feb;42(2):224-33.