2023
2022
2021
2020
2019
2018
2016
2015
Структурные выравнивания. Структура/функция
PDBeFold
Как построить выравнивание хитов из выдачи структурного поиска
В таблице выдачи можно выбирать отдельные хиты. После чего под таблицей выбрать FOR ALL CHECKED MATCHES > Submit for multiple alignment include query. После чего на окне выдачи можно скачать измененные координаты белков по кнопке "download" в первой таблице.
Как использовать PDBeFold для выравнивания без поиска
В форме сабмишна в Target вместо всей базы PDB выбрать одну запись PDB или один файл. Дальше следовать по пути, описанному выше.
Инструменты выравнивания в PyMol
Для белков:
Совмещение по выравниванию последовательностей: align <что двигать>, <что оставить на месте>
Динамическое программирование: super <что двигать>, <что оставить на месте>
Combinatorial extention: cealign <что оставить на месте>, <что двигать>
Для чего угодно:
Fit: fit <что двигать>, <на что двигать>. Будут сопоставлены пары атомов из двух объектов/выделений, имеющие одинаковое имя, номер и тип остатка, имя цепи.
Pair fit: pair_fit <что двигать>, <на что двигать>. Атомы из двух объектов/выделений будут сопоставлены в порядке следования. Число атомов в объектах/выделениях должно быть равным.
Трансформация, рассчитанная для наилучшего пространственного сопоставления пар атомов, полученного любым из способов выше, тем не менее будет применена ко всем атомам в объекте, даже если они не были ни с чем сопоставлены. Так можно делать пространственные совмещения белков, связывающих один и тот же лиганд, отталкиваясь от лиганда, т.е. чтобы изучать устройство локального окружения в кармане связывания, а не сходство укладок целиком.
Задание 1. Что это за белок?
3 балла
Вам дан PDB файл с приблизительными координатами какого-то белка. Можно вообразить, что это выдача какой-то черной коробочки, генерирующей структуру по последовательности – мы к этому стали довольно близки, см. AlphaFold2. Вероятно, в недалеком будущем мы сможем получать в меру правдоподобные структуры для любой последовательности аминокислот из любого протеома и пытаться сопоставить им функцию. При такой истории возникновения этой структурной информации очевидно, что информация о координатах каких-либо лигандов и кофакторов отсутствует. Используя сервисы поиска по структуре, попробуйте предположить
- Что это за белок? Как его уместнее всего назвать?
- Какую функцию он скорее всего выполняет?
- Какие кофакторы (если есть) необходимы этому белку для функционирования?
- В каких местах они должны связываться? Сделайте изображения
- Какой регион белка ответственен за предполагаемую функцию?
- Выделяются ли визуально в составе структуры отдельные домены? Можно ли сказать, что за функцию отвечает только один из них, или что функциональный сайт расположен между доменами?
Воспользуйтесь PDBeFold. Ищите подсказки к ответам на эти вопросы в лучших хитах из выдачи. Используйте инструменты пространственного совмещения, чтобы наслоить координаты кофакторов из выбранного хита на структуру белка, данного вам для этого задания. Попробуйте найти наиболее информативные комплексы, содержащие
- кокристаллизованный субстрат (скорее всего тогда сам белок будет носителем инактивирующей мутации, например, в сериновых протеазах популярна замена каталитического серина на аланин. Только в таком случае можно получить относительно правдоподобную информацию о том, как субстрат лежит в активном центре протеазы перед стартом реакции)
- кокристаллизованный кофактор/кофермент
- непроцессируемый аналог субстрата
- непроцессируемый аналог кофактора/кофермента (например, мостиковый кислород между бета- и гамма-фосфатами в АТФ часто заменяют на азот или углерод)
- аналог переходного состояния
- комплекс с продуктами реакции
Найдите литературную информацию о реализации своей функции вашим белком. Как она реализуется на структурном уровне? Соотнесите литературную информацию с теми наблюдениями, которые вы провели, опираясь на изучение набора записей из PDB.
Какие домены выделяет CATH для вашей структуры? Каково место этих доменов в иерархии CATH, как называются соответствующие уровни? Найдите информацию, проведя поиск по одной из записей PDB, которые вы нашли с помощью PDBeFold. Соотносится ли доменная разметка с той, которую бы вы провели визуально? Вернитесь к вопросу про соотнесение структурных доменов и функции, подключив информацию из CATH.
Задание 2. Функциональный мотив
4.5 балла
Используйте тот же файл или запись из банка PDB, наиболее к нему близкую (вы получили ее на прошлом этапе) либо любой другой белок по желанию (но тогда вероятно вам придется перебрать очень много идей, прежде чем получить интересные результаты). Проведите поиск в PDBeFold, модифицировав параметры по умолчанию:
- Выключите Match connectivity
- Выключите Best matches only
- Сделайте сортировку результатов по Seq %
- Если ничего интересного не получается с исходными параметрами сопоставления количества вторичных структур (70-70), попробуйте опустить эти числа
Выберите из выдачи как минимум 2 (можно больше) хита, разделяющих с Query не более 35% идентичности по последовательности и выполняющих другую функцию. Что это может быть:
- Совсем другая функция (EC класс, или вообще Query был фермент, а белок из выдачи не фермент)
- Та же функция в общем, но другой субстрат. Например, тоже протеаза/киназа/фосфатаза/редуктаза..., но действующая на другом субстрате
Чем это быть не может: ортологом
Возможно, придется просмотреть не одну страницу выдачи. В результате у вас есть 3 белка (или больше). Ответьте на вопросы:
- Совпадает ли их архитектура по CATH? Топология? Группа гомологии?
- В чем сходство функций этих белков, в чем отличия? (Например, если это фермент и не-фермент, то они все равно могут иметь общую функцию "умение связывать биотин")
Попробуйте выделить функциональный мотив, отвечающий за функцию, общую для всех 3 белков. Опишите, из чего он состоит, на ваш взгляд (вспомните случай со связыванием ФАДа из лекции). Например, если у вас три киназы, опишите, какие части белка, какие сайдчейны, на ваш взгляд, обуславливают "киназность" (т.е. возможность связывать АТФ и облегчать трансфер гамма-фосфата на субстрат). При необходимости подключите литературу. Сделайте изображения этого функционального мотива во всех 3 белках по отдельности или в наложении (но убедитесь, что ваша идея легко считывается. Можете привлечь однокурсников для оценки понятности "месседжа").
Попробуйте выделить функциональный мотив, отвечающий за специфические функции, например, предположите, какие структурные различия могут объяснять различия в процессируемом субстрате, или в том, что один белок фермент, а второй просто байндер. Чего не хватает байндеру?
Обращайте внимание на возможное наличие мутаций, внесенных человеком специально. Не примите различия в структуре, происходящие от таких замен, за обуславливающие функциональные различия.