Alex Makarov. Personal Page. DNA-Protein contacts.

Пространственные структуры нуклеиновых кислот
Комплексы ДНК-Белок.

GO TO:

Отчёты по биоинформатике:

Семестр 1

Семестр2

Семестр3

Семестр4

Таблица контактов ДНК-БЕЛОК

В данной работе нам было пердложенно исселдовать заданную структуру из PDB (code: 1K3X), содержащую белок DNA repair enzyme endonuclease viii класса E.C.4.2.99.18, на наличие в ней связей между ДНК и Н-терминальным доменом белка, выяснить их количество и характер.
Для этого из исходного PDB файла были удалены все остатки, начиная с 105-ого.
Поиск связей осуществлялся программой RasMol с использованием следующего скрипта (note: скрипт не демострирует самих связей в виде пунктирных палочек и не пишет расстояний - ибо это можно делать только при работе с отдельными атомами, а не со множествами, но в процессе работы скрипта можно измерять расстояния), в результате получились следующие данные:

Таблица. Контакты разного типа в комплексе 1K3X

	Полярные	Гидрофобные	Всего
Контакты белка с ...
... остатками 2'-дезоксирибозы	1	26	27
... остатками фосфорной кислоты	11	-	11
... остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	0	4	4
... остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	1	3	4

Из таблицы хорошо видно, что белок контактирует в основном с атомами сахарных остатков и полярными атомами фосфатов, что видимо объяснеятся тем, что атомы оснований смотрят скорее "внутрь" спирали.

Поиск специфических контактов, обеспечивающих узнавание сайта в молекуле ДНК

В качестве наиболее специфичного контакта между ДНК и Н-терминальным доменом белка были выбраны контакты трех последовательно лежащих аминокислот GLN69, LEU70 и TYR71, а так же двух последовательных ак PRO1 и GLN2, с фрагментом моей днк. Особенность этого контакта состоит в том, что ДНК в этом месте явно дефектна: Выделенный красным Тимин имеет разорванное сахарное кольцо, а основание вообще отсутсвует. Особождённый из кольца, и выставленный тем самым вбок атом O4' связан полярной связью с одним из OE атомов GLN2, в брешь в бороздке между двумя цепями входит триплет GLN69-LEU70-TYR71, взаимодействующий как полярным, так и гидрофобным способом с окружающими его нуклеотидами. Очевидно, что такой контакт возможен только при наличии разорванного кольца и бреши между двумя цепями, образованной отсутсвием основания у дефектного нуклеотида.

Описание белка и его основных доменов в базах Uniprot и Pfam.

Мой белок записан в базе Uniprot как END8_ECOLI и является DNA repair enzyme endonuclease viii. Это белок E.Coli K12(как впрочем вероятно и других штаммов). Он принимает участие в процессах ремонта повреждённых вследствие окисления или мутаций ДНК. Данный белок узнает, прежде всего, повреждённые пиримидины, такие как тимингликоль, 5,6-дегидроурацил, 5,6-дегидротимин. Будучи лиазой, он удаляет повреждённые основания, оставляя разрез на повреждённой цепи ДНК-овой спирали, который, видимо, затем должен узнаваться другими ремонтными белками, призванными заделать эту щель. При этом этот белок вместе с повреждённым основанием и его сахарным кольцом удаляет и оба фосфата с 5' и 3' концов.

Исходя из данных Pfam в белке есть два домена:

Source	Domain	Start	End
PfamA	Fapy_DNA_glyco	1	104
PfamA	H2TH	126	214

Первый домен - тот, который мы и рассматриваем - это собственно ремонтный домен, который осуществляет удаление повреждённых оснований из ДНК.
Второй домен является по сути ДНК-связывающим доменом.

Поиск контактов ДНК-белок программой nucplot

Так же для поиска контактов ДНК-белок в моей структуре была использована программа nucplot. К сожалению исходный файл не обрабатывался программой, поэтому он был изменён следующим образом: все группы атомов вида DG, DC, DT и DA были заменены на G, C, T и А соответсвенно; группы BRU были заменены на T. В обозначениях всех атомов сахаров в днк " ' " был заменён на " * ", а все атомы OP1 и OP2 на O1P и O2P соответсвенно. Помимо этого из записи были удалены все атомы воды, дабы не захламлять рисунок. После этой замены nucplot обработал полученный файл pdb и выдал следующий результат:

Из результатов видно, что предложенные в качестве специфческих контактов мотивы (GLN69-LEU70-TYR71) и (PRO1-GLN2) дейтвительно специфически взаимодейтсвует 1-ый с 407-ым A, у которого нет парного основания, 2-ой - с дефектиыным 427-ым Т (DA407 и PED427 на рисунке выше - картинка создана с "новоформатного" pdb).


NUCPLOT v.1.0  -  Bond file (1K3X.bond)
-----------------------------------------------

**** Hydrogen Bonds ***************************
      Donor               Acceptor     Distance
LYS A   52    NZ       G C  428    O1P   2.71
LYS A   52    NZ       A C  429    O2P   2.72
HIS A   67    NE2      A C  429    O1P   2.74
GLN A   69    NE2      A B  407    N3    2.93
VAL A   88    N        C B  409    O1P   2.86
ARG A   90    NH1      T B  408    O1P   2.90
ARG A   90    NH2      T B  408    O1P   2.92
SER A  104    OG       C B  409    O1P   2.67


**** Non Bonded Contacts **********************
     protein                DNA        Distance
PRO A    1    C        T C  427    C1*   2.96
PRO A    1    CD       T C  427    C2*   3.29
GLU A    2    OE2      T C  427    C4*   3.22
GLU A    2    OE2      T C  427    O4*   2.56
TYR A   71    OH       A B  407    C1*   3.22
ARG A   87    CA       C B  409    O1P   3.25


**** Covalent Bonds ***************************
     protein                DNA        Distance
PRO A    1    N        T C  427    C1*   2.96

В целом же сравнивать результаты полученные в ручную в первом задании и этой программы сложно: Во-первых, программа закономерно считает, что кислороды остатков фосфорной кислоты образуют скорее водородные связи с белком, нежели полярные, в то время как мы считаем их полярными, во-вторых, программа в принципе настроена искать прежде всего водородные связи, считая остальные ги дрофобные взаимодействия не столь важными.
Ниже представлено выравнивание моего домена по базе Pfam (выравнивание было сделано по всем имеющимся белкам с этим доменом - их 665шт.):

Как видно по выравниванию, пара PRO1-GLN2 действительно является довольно постоянным мотивом в моём домене.
Выделенный же мной триплет оказался менее постоянным. Наиболее консервативным оказался Leu70, в то время как два остальных остатка варьировались довольно заметно.