Учебный сайт Алены Корягиной

Совмещение структур

С помощью сервера PDBeFold были найдены структурные гомологи для белка sonic hedgehog (идентификатор PDB: 4с4m, последовательность в формате fasta), длина которого равна 153 а.о.. Было отобрано три гомолога (последовательности в формате fasta). Их характеристика представлена в таблице 1.

Таблица 1. Характеристика трех структурных гомолога белка sonic hedgehog

Идентификатор PDB	Описание	Длина белка	RMSD	Длина выравнивания от белка sonic hedgehog, (%)
2vo9	CRYSTAL STRUCTURE OF THE ENZYMATICALLY ACTIVE DOMAIN OF THE LISTERIA MONOCYTOGENES BACTERIOPHAGE 500 ENDOLYSIN PLY500	149	1,87	51
3ofr	STRUCTURED DOMAIN OF MUS MUSCULUS MESD	86	2,06	38
4mur	CRYSTAL STRUCTURE OF VANCOMYCIN RESISTANCE D,D-DIPEPTIDASE/D,D- PENTAPEPTIDASE VANXYC D59S MUTANT	189	2,28	60

Программа PDBeFold выдает результат по структурному выравниванию исходного белка и трех его гомологов (выдача программы в текстовом виде, структурное выравнивание в формате fasta и рисунок 1). В итоге, по четырем структурам оказалось выравнено 57 аминокислотных остатков, которые составляют две спирали и два β-тяжа. Общий RMSD составляет 2,317.

Рис.1. Структурное совмещение белка sonic hedgehog и трех его структурных гомологов. Синим цветом обозначена структура 2vo9, голубым — 3ofr, желтым — 4mur и зеленым — 4c4m. Изображение получено с помощью встроенной программы Jmol.

Далее было построено выравнивание последовательностей с помощью программ множественного выравнивания muscle (рис.3) и mafft (рис.4). Построенные выравнивания заметно отличаются друг от друга и от структурного выравнивания. При беглом взгляде не было найдено одинаковых фрагментов в выравниваниях последовательностей со структурным выравниванием. Это, возможно, связано с тем, что были взяты неблизкие гомологи исследуемого белка. Если посмотреть на аминокислоты, которые оказались выровнены благодаря структурному выравниванию (рис.2), станет заметно, что по каждому столбцу они не одинаковы. И в данном случае, их удалось выровнять именно благодаря структурному сходству.

Рис.2. Структурное выравнивание белка sonic hedgehog и трех его структурных гомологов. Красной рамкой выделены аминокислотные остатки, которые структурно совмещены. Скачать файл выравнивания в формате fasta. Изображение получено с помощью программы jalview.

Рис.3. Выравнивание последовательностей белка sonic hedgehog и трех его структурных гомологов с помощью алгоритма muscle. Скачать файл выравнивания в формате fasta. Изображение получено с помощью программы jalview.

Рис.4. Выравнивание последовательностей белка sonic hedgehog и трех его структурных гомологов с помощью алгоритма mafft. Скачать файл выравнивания в формате fasta. Изображение получено с помощью программы jalview.

Также существует так называемое гибкое выравнивание, которое в отличии стандартных алгоритмов структурного выравнивания, которые подразумевают, что структура белка жесткая, рассматривает возможность движения двух фрагментов в белке друг относительно друга, а также внутренних перестановок фрагментов. Это позволяет гибкому выравниванию лучше совмещать структуры белков. Например, три белка кальмодулина выравниваются полность благодаря алгоритмам гибкого выравнивания (рис.5(А)), в то время как алгоритмы жесткого выравнивания находят только один сходный домен (рис.5(Б)). Данный пример был взят из раздела "Example" сервера POSA, который осуществляет гибкое совмещение структур.

A Б

Рис.5. Гибкое (А) и жесткое (Б) структурные выравнивания трех белков кальмодулинов. Изображение получено с сервера POSA.