Исследование структуры тРНК 1IL2

I. Краткое описание структуры в файле 1IL2.pdb


Молекулы: белок (цепи A и В - ASPARTYL-TRNA SYNTHETASE), две цепи ДНК (С и D - ASPARTYL TRANSFER RNA).

Выбрана C цепь ДНК: 

цепь C [901] 5' - UCCGUGAUAGUUUAAUGGUCAGAAUGGGCGCUUGUCGCGUGCCAGAUC
                  GGGGUUCAAUUCCCCGUCGCGGAGCCA -3' [976]

С учетом модифицированных оснований:

цепь C [901] 5' - uccgugauaguu(psu)aa(h2u)gg(h2u)cagaaugggcgc(psu)
                  uguc(1mg)cgugcagau(5mc)gggg(5mu)(psu)caauucccguc
                  gcggagcca -  3' [976]

На 3'-конце присутствует триплет CCA, к которому присоединяется аминокислота.
Измененные основания:
PSU C9 H13 N2 O9 P псевдоуридин-5'-монофосфат


H2U C9 H15 N2 O9 P 5,6-дигидроуридин-5'-монофосфат.


Данная структура - комплекс аспартил-тРНК синтазы E.coli и аспартил тРНК дрожжей.

II. Исследование вторичной структуры.

Строение тРНК.

Информация о водородных связях из файла, полученного find_pair и analyze: 

----- for WC bp, + for isolated bp, x for helix change)

            Strand I                    Strand II          Helix
   1   (0.003) C:.901_:[..U]U-----A[..A]:.972_:C (0.005)     |
   2   (0.004) C:.902_:[..C]C-----G[..G]:.971_:C (0.009)     |
   3   (0.004) C:.903_:[..C]C-----G[..G]:.970_:C (0.011)     |
   4   (0.012) C:.904_:[..G]G-----C[..C]:.969_:C (0.004)     |
   5   (0.008) C:.905_:[..U]U-*---G[..G]:.968_:C (0.010)     |
   6   (0.006) C:.906_:[..G]G-----C[..C]:.967_:C (0.008)     |
   7   (0.006) C:.907_:[..A]Ax----U[..U]:.966_:C (0.004)     |
   8   (0.017) C:.949_:[5MC]c-----G[..G]:.965_:C (0.008)     |
   9   (0.005) C:.950_:[..G]G-----C[..C]:.964_:C (0.005)     |
  10   (0.006) C:.951_:[..G]G-----C[..C]:.963_:C (0.006)     |
  11   (0.012) C:.952_:[..G]G-----C[..C]:.962_:C (0.005)     |
  12   (0.009) C:.953_:[..G]G----xC[..C]:.961_:C (0.008)     |
  13   (0.012) C:.954_:[5MU]u-**-xA[..A]:.958_:C (0.007)     |
  14   (0.043) C:.955_:[PSU]Px**+xG[..G]:.917_:C (0.005)     x
  15   (0.005) C:.938_:[..C]C-*---P[PSU]:.932_:C (0.044)     |
  16   (0.006) C:.939_:[..G]G-----C[..C]:.931_:C (0.006)     |
  17   (0.003) C:.940_:[..U]U-*---G[..G]:.930_:C (0.009)     |
  18   (0.010) C:.941_:[..G]G-----C[..C]:.929_:C (0.004)     |
  19   (0.010) C:.942_:[..C]C-----G[..G]:.928_:C (0.004)     |
  20   (0.003) C:.943_:[..C]C-----G[..G]:.927_:C (0.005)     |
  21   (0.005) C:.944_:[..A]Ax*---G[..G]:.926_:C (0.005)     |
  22   (0.009) C:.910_:[..G]G-*---U[..U]:.925_:C (0.004)     |
  23   (0.003) C:.911_:[..U]U-----A[..A]:.924_:C (0.009)     |
  24   (0.007) C:.912_:[..U]U-----A[..A]:.923_:C (0.007)     |
  25   (0.044) C:.913_:[PSU]Px*--xG[..G]:.922_:C (0.005)     |
  26   (0.003) C:.908_:[..U]Ux**-xA[..A]:.946_:C (0.005)     |
  27   (0.003) C:.914_:[..A]A-*--xA[..A]:.921_:C (0.008)     |
  28   (0.004) C:.915_:[..A]A-**+xU[..U]:.948_:C (0.003)     |
  29   (0.115) C:.916_:[H2U]ux**+xU[..U]:.959_:C (0.006)     x
  30   (0.021) C:.918_:[..G]Gx---xC[..C]:.956_:C (0.007)     +

По итогам её анализа формирую таблцу:



  

    Акцепторный стебель
    T-стебель
    Антикодоновый стебель
    D-стебель
  
 
  

    5' - 901 - 907 - 3'
    5' - 949 - 953 - 3'
    5' - 938 - 944 - 3'
    5' - 910 - 913 - 3'
  
 

  

    3' - 972 - 966 - 5'
    3' - 965 - 961 - 5'
    3' - 932 - 926 - 5'
    3' - 922 - 925 - 5'



Выводы:

Наличие вариабельной петли: возможно A944-C948.
Остаток тимидина в T-петле: нет.
Наличие дигидроуридинов в D-петле: есть, PSU913
Антикодон: G934 U935 C936.

RasMol изображение тРНК, раскрашеное по петлям: 










load 1IL2.pdb

select 901-907:C or 966-972:C
color red

select 949-955:C or 961-965:C
color green

select 910-913:C or 922-925:C
color blue

select 938-944:C or 926-932:C
color orange

select 944-948:C
color pink


select 934-936:C 
cpk 50
wireframe 40
color cpk



Поддерживают структуру: 3 канонических и 5 неканонических (выделены цветом ниже) пар оснований. 

13   (0.012) C:.954_:[5MU]u-**-xA[..A]:.958_:C (0.007)     |
14   (0.043) C:.955_:[PSU]Px**+xG[..G]:.917_:C (0.005)     x
26   (0.003) C:.908_:[..U]Ux**-xA[..A]:.946_:C (0.005)     |
27   (0.003) C:.914_:[..A]A-*--xA[..A]:.921_:C (0.008)     |
28   (0.004) C:.915_:[..A]A-**+xU[..U]:.948_:C (0.003)     |
29   (0.115) C:.916_:[H2U]ux**+xU[..U]:.959_:C (0.006)     x
30   (0.021) C:.918_:[..G]Gx---xC[..C]:.956_:C (0.007)     +

Пример неканонической пары аденин-аденин:

Предположительный анткодон:

Подбобнее о проделанной работе можно посмотреть здесь:

Занятие 2, зад. 3 (см. упр. 2 "Получение файлов PDB", упр. 3 "Разрывы в заданных структурах ДНК и РНК"

Занятие 2, зад. 4 (см. упр. 1 "Торсионные углы", упр. 2 "Структура водородных связей", упр. 3 "Стекинг взаимодействия в тРНК")

III. Исследование третичной структуры.


1.1. Возможность стекинг взаимодействия между основаниями конца акцепторно стебля и начала Т-стебля.

Стекинг с хорошей площадью перекрывания (9.75), приходтся точно на начало Т-стебля и конец акцепторного:


Ещё один найденный стекинг, расположенный неподалеку, площадь всего 0.38:




1.2. Возможность стекинг взаимодействия между основаниями конца антикодонового стебля и начала D-стебля.

Стекинг с маленькой площадью (2.99), но подходящий:



Необычный стекинг, подходящий по нуклеотидным остаткам, но имеющий нулевое перекрытие, и довольно странный (фактически не является стекинглм, скорее всего):


2. Дополнительные водородные связи между основаниями D- и T- петель.
Отсутствуют по результатам find_pair.

IV. Предсказание вторичной структуры тРНК с помощью mfold и einverted.


С помощью алгоритма Зукера на сайте http://mobyle.pasteur.fr, получаю такую картинку, на мой взгляд, наиболее соотвтетствующую действительности (P=20). Неправильно определен T-стебель и антикодоновый стебель.



Далее, с помощью einverted пакета EMBOSS ищу инвертированные комплементарные участки.

Вообще же, для обоих методов, подобрать условия оказалось нелегко.
mfold постоянно вставлял петли в стеблях, которых не должно быть в тРНК.
einverted не выдавал вообще ничего при стандартных настройках и снижении Minimum score tрreshold до нуля. Дальнейшие вариации значений штрафов и вознагражений привели к таким результатам.
При gap penalty 10, match score 5, mismatch score -5 (и не только в этом случае) находился акцепторный стебель. Попытка вытянуть это выравнивание так, чтобы совпал ещё и антикодоновый стебель, провалилась.
При gap penalty 20, match score 3, mismatch score -4 получилось найти T-стебель почти целиком правильно (см. таблицу).

Таблица сравнения реальной структуры тРНК и предсказанной.

    Участок структуры 
    Позиции в структуре (по результатам find_pair) 
    Результаты предсказания 

 с помощью einverted 		
    Результаты предсказания по алгоритму Зукера 



     Акцепторный стебель 
   

5'- 901-907 -3'

3'- 972-966 -5'

8 пар 		
   

предсказано 6 пар из 8 реальных 		
  предсказано 8 пар из 8 реальных   



     D-стебель 
   

5'- 910-913 -3'

3'- 922-925 -5'

4 пары    		
  не нашлись условия предсказания   
  пресказано 4 пары из 4 реальных   



     T-стебель 
   

5'- 949-953 -3'

3'- 965-961 -5'

5 пар    		
  предсказано 4 пары из 5 реальных   
  предсказано со сдвигом   




   Антикодоновый стебель 
   

5'- 938-944 -3'

3'- 932-926 -5'

6 пар    		
  не нашлись условия предсказаниия   
  предсказано со сдвигом

Вывод: для восстановления вторичной структуры тРНК неудобно использовать поиск инвертированных повторов. Алгоритм Зукера предусматривает некоторые особенности строения вторичной структуры РНК и, таким образом, упрощает и ограничивает поиск. Тем не менее, алгоритм Зукера может допускать ошибки сдвига найденных последовательностей в стебле. Такие ошибки не просто быстро найти и исключить из рассмотрения.


Главная страница
© Галицына Александра, 2011