European  Life  Sciences  Infrastructure  for  Biological  Information  www.elixir-­‐europe.org  

Cath  Brooksbank,  EMBL-­‐EBI  Christine  Orengo,  UCL  

Structural  bioinformatics  training  for  ELIXIR-­‐UK  

Structural  Bioinformatics  

Residues  in  contact  with  protein  partner  

Active  site  

<10% human proteins known structure ~70-80 can predict structures

   3  

Genome3D  are  coordinating  the  ELIXIR  Structural  Bioinformatics  Sector  in  collaboration  with  Cath  Brooksbank  at  EBI  

 Protein  structure  classification/analysis    Alexey  Murzin  –  LMB  (Cambridge)  -­‐  SCOP  

 Christine  Orengo  –  UCL  -­‐  CATH  Structural  annotation  of  genome  sequences  and  3D  models  

Tom  Blundell  –  Cambridge  University  -­‐  FUGUE  Christine  Orengo  –  Gene3D  

Julian  Gough  –  Bristol  University  -­‐  SUPERFAMILY  David  Jones  –  UCL  -­‐  pDomThreader  

Michael  Sternberg  –  Imperial,  London  -­‐  PHYRE    

Established  2010  with  BBSRC  funding  -­‐  http//:genome3d.eu  

   

Our  remit…  

(i)  representing  the  sector  at  initial  Training  the  Trainers  (TTT)  events    (ii)  organisation  of  an  initial  workshop  that  performs  a  training  gap  analysis  for  the  sector      (iii)  fund-­‐raising  for  resources  that  aim  to  plug  these  training  gaps.  

4  

6  months  part-­‐time  funding  from  the  BBSRC    

Richard  Grandison  at  the  EBI  working  with  Sarah  Morgan  and  Cath  Brooksbank  at  Train  Online,  EBI  

   

Achieved  so  far…  Survey  of  100  UK  groups  who  need  or  deliver  training  in  structural  bioinformatics    

2  day  workshop  at  the  EBI  –  established  a  ‘Training  Network’  and  champions  in  8  themes      Questionnaire  and  notification  of  our  training  network  sent  to    60  major  european  groups  in  structural  bioinformatics  to  identify  training  material    4  meetings  to  review  existing  training  material,  identify  gaps  and  plan  mechanisms  for  organising  the  data          

5  

   

Purpose  of  the  Workshop    

•  To  reach  agreement  on  the  training  needs  of  our  target  audiences:  •  clinical  researchers  •  bench-­‐based  molecular  life  scientists    •  structural  biologists  •  structural  bioinformaticians  •  computational  chemists  (industry)  •  medicinal  chemists  (industry)  

•  To  develop  a  plan  of  how  to  meet  these  needs  

6  

   

Two-­‐day  workshop  (February  2014)  

 Target  audiences  and  their  needs  

Gaps  in  structural  bioinformatics  

training  and  how  to  fill  them  

Opportunities  going  forward  

•  Divided  audiences  in  to  two  groups:      -­‐  Generalists    -­‐  clinical  researchers,  molecular  life  scientists,  medicinal  chemists  

 -­‐  Specialists  -­‐  structural  bioinformaticians,  structural  biologists,  computational  chemists  

25  attendees,  3  breakouts  

   

What  are  the  common    learning  needs  of  the  target  audience  

•  How  is  the  quality  of  a  protein  structure  reported  

•  How  can  you  predict  the  structure  of  a  protein  if  the  structure  has  not  been  determined  

•  How  can  you  assess  the  quality  of  a  predicted  structure  

•  What  can  be  inferred  from  a  protein  structure  at  different  levels  of  quality  eg  •  Impacts  of  a  mutation  on  the  stability  or  function  •  Affinity  for  a  particular  ligand  

8  

   

Two-­‐day  workshop  (February  2014)  

Established  a  ‘structural  bioinformatics  network’  with  thematic  areas  and  champions  for  each  area.  

Structural  biology  Protein  structure  prediction  Protein  protein  complexes  Protein  ligand  Interactions  Structure-­‐based  sequence  analysis  Structure  comparison/analysis  Structure  to  function  Molecular  dynamics  

Sameer  Velankar,  Roman  Laskowski  Mike  Sternberg,  David  Jones  Franca  Fraternali,  Sarah  Teichmann  John  Overington,  Edith  Chan  Geoff  Barton,  Jim  Proctor  Christine  Orengo,  Alexey  Murzin  Mark  Wass,  Janet  Thornton  Francesco  Gervasio  

   

Structural  Bioinformatics  Sector  Activities  

January                                              :  designed  survey  of  needs  sent  to  200  groups          across  the  UK    

February    (EBI)                  :  2-­‐day  workshop,  25  participants  April  (UCL)                                  :  reviewed  training  material,  designed      

     a  survey  to  identify  further  material,  sent  to        60  European  groups  (30  responses)  

June  (EBI)                                      :  reviewed  training  material,  identified  gaps,          planned  training  workflows  

August  (UCL)                        :  detailed  design  of  workflows  and  metadata          for  TESS,  Niall  Beard  from  TeSS  present  

October  (UCL)                  :  sample  training  workflow  complete,  request          for  funding  planned  

10  

   

Analysis  of  Existing  Training  Material  

Structure  annotation  :  PDB  and  TrainOnline      Homology  modeling      :  undergrad  material;  SWISS-­‐MOD    Structure  prediction        :  significant  gaps    Protein  interactions/docking      :    significant  gaps    Protein  ligand  docking    :    significant  gaps    Impacts  of  genetic  variations      :    significant  gaps  

11  

   

protein network Search protein(s) and interactions

Database Integration

Specific applications

3D structure

tutorial  

tutorial  

tutorial  

link  

link  

tutorial  

link  

Interactome3D

with structure /

model?

STRING

Yes

No

Visualisation & Functional annotation

tutorial  

Interface analysis

tutorial  

tutorial  

tutorial  

Protein-protein interaction network analysis

PDBePISA HOTREGION

Complex prediction

BLAST

Structural analysis

Output

*BLAST: Basic Local Alignment Search Tool (sequence similarity)

 link  

   

13  

14  

   

Metadata  on  Training  Material  for  TESS  aggregator  

15  

Resource  link  

tutorial   paper  URL   inputs   outputs   endorsements  

•  citations  (age)  

•  grading  (elementary,medium,  advanced)  

•  traffic  lights  

16  

   

What  are  the  next  steps…….  

•  Discussions  with  TeSS  team  on  how  the  metadata  is  integrated  in  the  platform  

•  Continue  to  survey  material  and  design  the  workflows  

•  Establish  a  broader  working  group  across  europe  (already  in  discussion  with  Torsten  Schwede,  Gert  Vriend,  others)    

•  Discussion  with  BBSRC  and  other  funding  agencies  to  obtain  funds  to  take  the  work  forward    

•  We  need  an  18  month  post  who  will  work  with  champions  in  each  theme  to  build  the  workflows  and  populate  the  metadata  tables  

•  Another  survey  of  industry,  medical  researchers,  experimental  biologists  

17