Учебный сайт Алены Корягиной

Предсказание вторичной структуры тРНК и поиск ДНК-белоковых контактов

1. Предсказание вторичной структуры тРНК

Существует несколько способов предсказать вторичную структуру тРНК. Один из способов: программа find-pair пакета EMBOSS, рассматривался ранее. С результатами можете ознакомиться здесь. Второй способ – это программа einverted из пакета EMBOSS, которая позволяет найти инвертированные участки в последовательности исследуемой тРНК из структуры 1QTQ (файл в формате .pdb скачать). Программа была запущена с параметрами по умолчанию, кроме параметра minimum score threshold, которое варьировали от 5 до 50. В результате был найден единственный стебель: акцепторный, состоящий из 7 комплементарных пар. Другим методом предсказания является алгоритм Зукера, который реализован в программе mfold. Была использована онлайн версия программы. Она запускалась несколько раз с различными значениями параметра Р, который характеризует количество процентов, на которое предсказанная структура может отличаться по своей вычисленной энергии от оптимального. Для рассматриваемой тРНК было подобрано значение этого параметра равное 15%, так как именно при этом значении получается структура типичная для тРНК (см. рис.1).

Рис.1. Предсказанная вторичная структура тРНК из файла 1QTQ.pdb. Изображение получено с помощью онлайн программы mfold.

В таблице 1 представлено сравнение результатов всех трех вышеописанных программ.

Таблица 1. Сравнение предсказанных с помощью трех различных программ вторичных структур тРНК из файла 1QTQ.pdb.

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам программы find_pair)	Результаты предсказания с помощью программы einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера (с помощью программы mfold)
Акцепторный стебель	5'-902-907-3' 3'-971-966-5' 6 пар	7 пар	7 пар
Т-стебель	5'-949-953-3' 3'-965-961-5' 5пар	-	5 пар
Антикодоновый стебель	5'-937-944-3' 3'-933-926-5' 8 пар	-	5 пар
Д-стебель	5'-910-912-3' 3'-925-923-5' 3 пары	-	3 пары
Общее число канонических пар нуклеотидов	22	7	20

2. Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Далее рассматривалась структура с идентификатором PDB 1LRR, причем только 1 биологическая единица, которая содержит в себе комплекс ДНК-белок (файл 1LRR_1.pdb скачать).

Для того чтобы определить ДНК-белковые взаимодействия в данной структуре для начала были определены следующие типы атомов: полярные и неполярные атомы 2’-дезоксирибозы, полярные и неполярные атомы остатков фосфорной кислоты, полярные и неполярные атомы остатков азотистых оснований со стороны большой бороздки и со стороны малой бороздки, а также полярные и неполярные атомы белка. Будем считать полярным контактом ситуацию, в которой расстоянии между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5Å. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5Å. В итоге был написан скрипт, благодаря которому можно определить число контактов каждого вида (см.табл.2).

Таблица 2. Контакты разного типа в комплексе 1LRR_1.pdb1

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	3	15	18
остатками фосфорной кислоты	14	16	30
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	2	8	10
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	1	0	1

Наибольшее количество ДНК-белковых контактов обнаружено между белком и остатками фосфорной кислоты, что может быть связано с тем, что остатки фосфорной кислоты в В-форме ДНК, а мы имеем дело именно с этой формой ДНК, «торчат» наружу, таким образом являясь доступнее для контактирования с атомами белка, чем другие атомы ДНК. Так же стоит обратить внимание, что контактов белка с азотистыми основаниями со стороны малой бороздки крайне мало. Это связано с тем, что эта бороздка достаточно узкая и она практически не доступна для образования контактов с объемными спиралями белками. В то время как большая спираль достаточно широкая для взаимодействия с белком, что подтверждается полученными данными.

Далее была получена популярная схема ДНК-белковых контактов с помощью программы nucplot, расположенной на сервере kodomo. Файл 1LRR.pdb предварительно был переведён в старых формат, для этого использовалась программа remediator.

В результате работы программы nucplot был получен файл формата .ps, в котором визуализированы контакты между белком и ДНК. Данная визуализация представлена на рисунке 2.

Рис.2. Популярная схема ДНК-белковых контактов в комплексе биологической единицы структуры 1LRR. Рисунок получен с помощью программы nucplot, а переведено в формат .jpg с помощью онлайн конвертера http://image.online-convert.com/ru/convert-to-png.

Аминокислотный остаток с наибольшим числом указанных на схеме контактов с ДНК – Arg118 (2 контакта с ДНК). Arg116 также имеет 2 контакта с ДНК, но это контакты через молекулу воды. Arg118 я также считаю наиболее важным для распознавания последовательности ДНК, т. к. этот аминокислотный остаток имеет имеет наибольшее количество контактов с ДНК, а имеено два контакта с различными остатками фосфорной кислоты. С помощью программы Jmol было создано изображение контактов Arg118 с ДНК. Оно приведено на рисунке 3.

Рис.3. Контакт аминокислотного остатка Arg118 с ДНК. Рисунок получен с помощью программы Jmol.