Функциональная роль гена в подсистеме

Общие сведения о белке, GO

В связи с крайней расплывчатостью терминов GO для выданного белка и его гомологов(AC Q0BE63) был взят резервный (AC A1S1X5). Оказалось, что эти два белка представляют собой гомологи из разных организмов. С помощью данных записи UniProt было определено, что белок с AC A1S1X5 - Белок Е системы секреции II типа(GspE - general secretion pathway protein E), он принадлежит гаммапротеобактерии Shewanella amazonensis (штамм ATCC BAA-1098 / SB2B) и закодирован в гене Sama_0170. Место, занимаемое белком в секреционных путях клетки, показано на рис. 1.



Рис. 1. Схема секреционных путей клетки. GspE помечен красной стрелкой. [KEGG]

Термины базы данных GeneOntology, относящиеся к белку

GO Название Онтология Определение
GO:0015628 protein secretion by the type II secretion system
[секреция белков с помощью системы секреции II типа]		 Процесс Процесс, в котором белки секретируются через внешнюю мембрану Грам-отрицательных бактерий через систему секреции типа II. Секретирующиеся таким путём белки сначала перемещаются через внутреннюю мембрану посредством путей Sec или Tat.
GO:0008565 Protein transporter activity
[активность - белковый транспорт]		 Молекулярная функция Способствует направленному белковому транспорту в/из/внутри клетки или между ними.
GO:0017111 nucleoside-triphosphatase activity
[НТФазная активность]		 Молекулярная функция Катализ реакции: НТФ + вода = НДФ + фосфат.
GO:0015627 Type II protein secretion system complex
[Комплекс системы секреции белков II типа] 		Компонент клетки Большой белковый комплекс, состоящий из 12-15 субъединиц и пронизывающий клеточную оболочку грам-отрицательных бактерий. Выступает посредником при движении белков во внеклеточную среду. Комплекс состоит из цитоплазматического компонента, мембранного субкомплекса, который достигает периплазмы, и секреционной поры во внешней мембране. Белки перемещаются сквозь цитоплазматическую мембрану посредством комплексов Sec или Tat.
Полный список онтологий вместе с родительскими терминами можно посмотреть здесь. Интересно, что для белка указаны онтологии "связывает АТФ" и "гидролиз нуклеотидтрифосфатов", но нет онтологии "гидролиз АТФ".

Роль белка в подсистеме

Белки, секретирующиеся системой II (рис. 2), имеют специальную последовательность, за счёт чего узнаются и транспортируются в периплазму с помощью систем Sec или Tat. Затем сигнальный пептид удаляется, и происходит транспорт свёрнутых белков без разворачивания структуры через внешнюю мембрану системой T2S. Система используется для секреции и доставки по месту назначения токсинов, протеаз, целлюлаз и липаз.[1]
Белок GspE является цитоплазматическим, но может ассоциировать с мембранными GspL и GspM[2], таким образом он и связан с комплексом. Его основная функция - сопряжение гидролиза АТФ с транслокацией белков через мембрану, т.е. обеспечение процесса энергией. GspE может работать как молекулярный пистон, выталкивающий секретируемые белки [3] Связанное с гидролизом АТФ вращение и движение одного из доменов белка могут передавать возбуждение различным белкам-партнёрам, способствуя, помимо секреции, сборке псевдопилиновых структур [4]. Белок является необходимым для функционирования системы секреции II.

Рис. 2. Схема секреционной системы II без некоторых малых пилинов.
GspE обозначен красным.
Предполагаемы транспортируемый белок - холерный токсин. [1]

Поиск ортологов

С помощью "blastp" в "Searching DNA or Protein Sequences (in a selected organism)" на странице сервиса SEED (FIG) был найден ген gspE. Для поиска с помощью blastp был выбран геном Shewanella pealeana ATCC 700345. Используя этот сервис на сайте SEED были отобраны 17 ортологов из разных геномов. Окрестности генов в выбранных геномах показаны на рис.3.



Рис. 3. Окрестности гена, кодирующего GspE в разных эубактериях
 Параметры: регион ±12500 оснований, Evalue cutoff – 1e-7.

Также была построена сводная Таблица частоты встречаемости разных генов из окрестности GspE. На листе SEED output представлена первоначальная выдача SEED (с выбором геномов). На листе statistics произведён рассчёт частоты попадания каждого из белков, колокализованных с GspE в более чем двух геномах, в окрестность гена-запроса. На листе summary приведены названия белков, встречаемость во всех организмах и информация о подсистемах, к которым принадлежат находки. По результатам поиска ортологов в Seed было построено выравнивание (.jar).

Выводы

  • Ген GspE отнесен к своей подсистеме - General secretion pathway для всех рассмотренных геномов.
  • GspE практически всегда колокализован с другими белками системы секреции II (GspF, GspG, GspD, GspK, GspJ, GspL, GspC, GspM, GspH, GspI, GspN).Некоторые из них почему-то кластеризуются SEED в несколько групп, поэтому встречаемость их в таблице может быть меньше реальной и сложно оценить, с каким из них чаще всего колокализуется GspE.
  • Исключение представляет собой геном Psychrobacter cryohalolentis K5, отсутствие колокализации может означать утрату функциональной системы секреции II. Однако, у бактерии Legionella запрос колокализован всего с одним белком транспортной системы, а от паразитической бактерии наврядли можно ожидать отсутсвие системы секреции.
  • Гены в основном расположены на одной и той же цепи, что ожидаемо для совместно регулируемого набора белков, в особенности учитывая бактериальную модель регуляции экспрессии генов с её обилием оперонов. Также удобно совместно транскрибировать такие белки. Сохранение порядка ещё больше свидетельствует в пользу совместной транскрипции/решуляции.
    Интересно, что среди самых часто встречающихся белков (номера 3 и 4) у одного нет инверсий вообще (3), а у другого их достаточно много.
  • Интересно, что кроме белков системы секреции II рядом также обнаруживается белок системы секреции IV (препилин-пептидаза) - 4 вхождения, и (ABC-подобный транспортёр аминокислот, периплазматический компонент)- 3 вхождения, то есть колокализуются не только белки одной системы секреции, но и вообще транспортные белки, работающие в одном клеточном компартменте.
  • Ортологичность расположения генов тем выше, чем ближе их позиция к GspE - тоже достаточно очевидный факт