Страница четвертого семестра | Учебный сайт Екатерины Швецовой

Геномное окружение. База данных STRING

С помощью базы данных STRING можно определить белки, с которыми связан (взаимодействует) исследуемый белок. Белок Rhodanese бактерии Azotobacter vinelandii DJ имеется в базе данных STRING (ген rhdA), поиск проводился на основе названия белка и организма, которому он принадлежит. На рис. 1 можно увидеть граф взаимодействий этого белка с белками, связанными с ним на первом уровне близости.

Рис. 1. Изображение "графа взаимодействий" белка Rhodanese бактерии Azotobacter vinelandii DJ и других белков (связанных с Rhodanese на первом уровне близости) в режиме evidence. Зелёным цветом покрашены рёбра графа, соединяющие белки, взаимодействие между которых определено на основе соседства их генов, красным - на основании сшивки генов, сиреневым - на основе экспериментальных данных, бирюзовым - на основе информации из базы данных, желтым - на основе литературных данных. Изображение получено с помощью базы данных STRING.

Белок Rhodanese взаимодействует с пятью белками, информацию о которых можно увидеть в таблице 1.

Таблица 1. Информация о белке Rhodanese бактерии Azotobacter vinelandii DJ и его окружении.

Ген/локус	Название на английском	Название на русском	Длина белка (аа)	Функция (по данным KEGG и STRING)	ЕС номер катализируемой реакции	Метаболический путь (по данным KEGG)
rhdA	Rhodanese	Роданеза	271	Тиосульфат/3-меркаптопируват сульфуртрансфераза	2.8.1.1	Метаболизм серы, Бактериальный метаболизм в разных условиях, Система передачи серы
psd	Phosphatidylserine decarboxylase	Фосфатидилсерин декарбоксилаза	286	-	4.1.1.65	Метаболизм глицерофосфолипидов
metC	Cystathionine beta-lyase	Цистатионин бета-лиаза	388	-	4.4.1.8	Метаболизм цистеина и метионина, Метаболизм селеносодержащих соединений, Биосинтез вторичных метаболитов, Биосинтез аминокислот
iscS	Cysteine desulfurase	Цистеин десульфураза	404	Катализирует удаление серы из цистеина, чтобы получить аланин.	2.8.1.7	Метаболизм тиамина, Система передачи серы
Avin_21440	Aspartate aminotransferase	Аспартат аминотрансфераза	405	-	2.6.1.1	Метаболизмы биосинтеза разных аминокислот, Биосинтез новобиоцина, Биосинтез вторичных метаболитов, Биосинтез антибиотиков, Метаболизм 2-оксокарбоновой кислоны, Биосинтез аминокислот
nifS	Nitrogen fixation cysteine desulfurase	Цистеин десульфураза фиксации азота	402	Катализирует удаление атомов серы из цистеина для получения аланина.	2.8.1.7	Метаболизм тиамина, Система передачи серы

Данные белки не входят в один белковый комплекс и не катализируют последовательные реакции одного метаболического пути.

Белки, кодируемые генами rhdA, nifS и iscS участвуют в метаболизме серы, причём nifS и iscS катализируют одну и ту же реакцию (2.8.1.7) по данным KEGG, имеют практически одинаковые названия и имеют одну и ту же функцию. Белок, кодируемый в локусе Avin_21440 и белок, кодируемый геном metC участвуют в метаболизме аминокислот.

Получена информация о геномном окружении гена белка Rhodanese бактерии Azotobacter vinelandii DJ. Дерево с информацией о геномном окружении с точностью до филума можно увидеть на рис. 2. Полное дерево можно скачать здесь.

Рис. 2. "Геномное окружение" (genome neighborhood) для белка Rhodanese бактерии Azotobacter vinelandii DJ с точностью до филума. "Полоски" красного цвета соответствуют гену rhdA (Роданеза), зелёные - metC (Цистатионин бета-лиаза), жёлтые - psd (Фосфатидилсерин декарбоксилаза), бирюзовые - iscS (Цистеин десульфураза), синие - Avin_21440 (Аспартат аминотрансфераза), сине-сиреневые - nifS (Цистеин десульфураза фиксации азота). Изображение получено с помощью базы данных STRING.

Найденные белки встречаются рядом только у бактерий (для архей и эукариот совместная встречаемость не выявлена).

На общем дереве можно видеть, что гены rhdA и psd находятся рядом у некоторого количества гамма-протеобактерий (особенно у родов Pseudomonas и Actinobacter), из чего можно предположить, что они входят в один оперон. Также, гены rhdA и metC расположены рядом в геномах некоторых альфа-протеобактерий, что аналогично даёт возможность предполагать, что у этих организмов они включены в один оперон. Также, для этих двух пар есть примеры сшивок, это является ещё одним доводом к выводу об их включении в опероны, а также из этого можно предполагать, что у некоторых организмов эти белки могут быть ассоциированы.

Получен график "совместной встречаемости" (co-occurrence) для белка Rhodanese бактерии Azotobacter vinelandii DJ, который с точностью до филума предствален на рис. 3.

Рис. 3. График "совместной встречаемости" (co-occurrence) для белка Rhodanese бактерии Azotobacter vinelandii DJ с точностью до филума. Изображение получено с помощью базы данных STRING.

Чем темнее квадратик на графике совместной встречаемости, тем белок таксона более гомологичен одному из наших белков. Полнота квадратика отражает встречаемость соответствующего белка (или его гомолога) в таксоне. Поэтому, неполные тёмные квадратики в строке, соответствующей протеобактериям (к которым и относится наша бактерия Azotobacter vinelandii DJ) означают, что найденные у протеобактерий белки гомологичны нашим (что логично, т. к. найденные белки как раз и являются белками протеобактерии Azotobacter vinelandii DJ), но эти белки присутствуют только у части протеобактерий, а у остальных эти белки отсутствуют.

Исходя из рис. 3 гомологи (хоть и разной достоверности) всех шести белков присутствуют во многих таксонах. Это бактерии классов Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Cyanobacteria, Spirochaetales, Fusobacteriaceae и др., эукариотические организмы классов FungiMetazoa group, Viridiplantae, Stramenopilus, Amoebozoa, Trypanosomatidae. Причём гомологи белков, кодируемые генами iscS, Avin_21440, nifS распространены во всех таксонах, поэтому говорить о существовании паттерна совместной встречаемости этих белков с rhdA нельзя. Для psd и metC также не прослеживается наличие совместной встречаемости с rhdA. Т. к. ранее было выяснено, что функции белков различаются (rhdA, iscS, nifS задействованы в метаболизме серы, metC, Avin_21440 - в метаболизме аминокислот, а psd - в метаболизме глицерофосфолипидов), данные белки не являются частью одного процесса. Однако, интересно, что совместная встречаемость iscS и nifS коррелирует с наличием сходной функции у этих белков (тоесть можно считать, что эти два белка вовлечены в один процесс).

То, что во многих таксонах эти шесть белков присутствуют одновременно скорее связано с тем, что они участвуют в достаточно важных процессах в организме.