GTPаза с GPN-петлёй PAB0955 (INSDC CDS: CAB50343.1) - фермент из подсемейства суперсемейства NTPаз с Р-петлёй класса гидролаз (EC=3.6.5.-), поддерживающий геном. GTPаза связывается с GTP через азот амида. Связана с репликацией ДНК и ускоряет реакцию гидролиза: GTP + H20 = GDP + фосфат-ион.

В таблице 1 приведена информация о белке, полученная из базы данных UniProt. Он представляет собой димер, внутри которого находятся две GPN-петли (Gly-Pro-Asn) на позиции 65-67 на каждой цепи. Состоит из 248 аминокислот. Также встречаются лиганды на обеих цепях: ион магния (необходим для реакции гидролиза и катализа), GDP и фосфат-ион (два последних - продукты гидролиза GTP). Центр связывания (в обоих димерах) стабилизирует образование фосфат-иона[1, 2]. Данный белок был выделен у Pyrococcus abyssi.

Pyrococcus abyssi (штамм GE5 / Orsay) - гипертермофильная, грам-отрицательная, анаэробная архея, имеющая форму кокка. Принадлежит к порядку Thermococcales, семейству Thermococcaceae. Впервые была найдена в бассейне Северных островов Фиджи. Метаболизирует серу и живёт в районе гидротермальных источников. Оптимальные условия для жизни: 94-96 градусов Цельсия при давлении, равном атмосферному[3].
Pyrococcus abyssi используется в качестве модели для изучения регуляционных механизмов архей, адаптаций к высоким температурам[4] и ДНК-полимеразы. Интересно, что архея кодирует энзимы, схожие с бактериями и контролирующие фонд dNTP[5].

Раздел UniProt KB	Swiss-Prot
UniProt ID	GPN_PYRAB
UniProt AC	Q9UYR9
EMBL AC	AJ248287 Genomic DNA Translation: CAB50343.1; HE613800 Genomic DNA Translation: CCE70884.1
PDB ID	1YR6, 1YR7, 1YR8, 1YR9, 1YRA, 1YRB, 2OXR
Длина (в аминокислотных остатках)	248
Молекулярная масса (MV)	28697
Uniprot RecName	GPN-loop GTPase PAB0955

В записях PDB (строка DR) приведена структура в порядке: PDB ID, метод получения белка (в данном случае: X-Ray Diffraction), разрешающая способность, координаты участков цепей по белковой записи, которые относятся к белку и представлены в самом PDB. Во всех записях PDB структура представлена для 1-248 а.о., то есть для всего белка.

В UniProt осуществлялись запросы, направленные на получение дополнительной информации о том, насколько распространён белок, какие функции выполняет, существует ли ген с идентичным названием, есть ли сходства во вторичной структуре GTPаз с GPN-петлёй в других живых организмах и какое значение имеет. Результаты представлены в таблице 2.

Поисковой запрос	Сколько белков найдено в разных разделах	Выводы
organism:"pyrococcus abyssi" ec:3.6.5.-	TrEMBL: 0. Swiss-Prot: 2.	Помимо GTPазы с GPN-петлёй, y Pyrococcus abyssi есть ещё один фермент со схожей функцией: Translation initiation factor 2 subunit gamma, ускоряющий реакцию гидролиза GTP. Этот белок также образует тройной комплекс с тРНК и GTP и является фактором инициации трансляции.
name:gtpase taxonomy:thermococcaceae	TrEMBL: 217. Swiss-Prot: 4.	Белок широко распространён среди других представителей Thermococcaceae.
name:gtpase taxonomy:thermococcaceae organism:"pyrococcus abyssi"	TrEMBL: 3. Swiss-Prot: 2.	За исключением нашего исследуемого белка, у остальных четырёх белков, функционирующих как GTPазы, отсутствует информация о вторичной структуре, как и запись PDB.
gene:pyrab14380 NOT taxonomy:thermococcaceae	TrEMBL: 0. Swiss-Prot: 0.	Данный ген присутствует только у Pyrococcus abyssi.
name:"gpn-loop gtpase" NOT taxonomy:thermococcaceae annotation:(type:function "Small GTPase that may be involved in genome maintenance. Has weak intrinsic GTPase activity but displays no ATPase activity.")	TrEMBL: 0. Swiss-Prot: 0.	Белок с этой функцией встречается лишь у Pyrococcus abyssi.
name:"gpn-loop gtpase" NOT taxonomy:thermococcaceae	TrEMBL: 8591. Swiss-Prot: 42.	Данный белок довольно широко распространён.
name:"gpn-loop gtpase" NOT taxonomy:thermococcaceae taxonomy:"Viridiplantae [33090]"	TrEMBL: 769. Swiss-Prot: 2.	Например, у Arabidopsis thaliana белок важен для нормального роста и развития растения, поскольку играет не мало важную роль в митозе. У большинства растений выполняет функцию ядерного импорта РНК-полимеразы II.
name:"gpn-loop gtpase" NOT taxonomy:thermococcaceae AND organism:"Homo sapiens (Human) [9606]"	TrEMBL: 8. Swiss-Prot: 3.	Встречаются изоморфы: GPN-loop GTPase 2 (ген GPN2), GPN-loop GTPase 3 (ген GPN3) (из TrEBML).
name:"gpn-loop gtpase" NOT taxonomy:thermococcaceae OR annotation:(type:pharmaceutical) annotation:(type:"disruption phenotype")	TrEMBL: 0. Swiss-Prot: 2.	Удаление гена QQT1, кодирующего GTPазу с GPN-петлёй, приводит к гибели зародыша Arabidopsis thaliana из-за остановки его развития.

Было также обнаружено (результаты представлены на рис.1), что последовательность исследуемого белка является репрезентативной, а последовательность белка, связывающего ATP(GTP), этой же археи - сидом (из UniParc). Интересное замечание, что оба белка одновременно входят в кластеры UniRef90 и UniRef100.

В кластер UniRef50 входят 65 белков, выделенных у архей семейства Thermococcaceae. Это позволяет сделать вывод о том, что GTPаза с GPN-петлёй довольно широко распространена, особенно среди термофильных архей, и в пределах семейства имеет более-менее схожую последовательность аминокислот. Тот же результат (о распространении) подтверждался выше, когда проводился расширенный поиск в UniProtKB.

Сравнение протеомов близкородственных организмов.

В базе данных Proteomes указано, что протеом исследуемой археи является частью пан-протеома Pyrococcus furiosus (штамм ATCC 43587), которая находится в том же семействе, что и Pyrococcus abyssi (штамм GE5). Pyrococcus furiosus (штамм ATCC 43587) также является гипертермофильной, анаэробной археей, для которой оптимальная температура для роста равна 100 градусам Цельсия. Её протеом является референсным для данных организмов. В таблице 4 представлены результаты сравнения протеомов двух архей, принадлежащих к одному роду.

Организм	ID протеома	Количество белков	Трансмембранные белки	Ферменты	Термостабильные белки
Pyrococcus furiosus (штамм ATCC 43587 / DSM 3638 / JCM 8422 / Vc1)	UP000001013	2045 (Swiss-Prot: 502)	117	415	12
Pyrococcus abyssi (штамм GE5 / Orsay)	UP000000810	1788 (Swiss-Prot: 477)	383	366	2

Как видно из таблицы, уPyrococcus furiosus имеется больше термостабильных белков, чем у Pyrococcus abyssi, так как первая архея живёт в более экстремальных условиях, чем вторая: вблизи вулкана. Несмотря на хорошую изученность P.furiosus, большое количество записей о белках не проверено, о чём свидетельствует их число в Swiss-Prot (аналогично и для второго организма).

Изучение истории записи о белке GTPаза с GPN-петлёй в Uniprot.

Изучив историю записи, было обнаружено, что последнее изменение на страничку было внесено 7 апреля 2021 года (в сумме: 134 правки), а последовательность изменяли всего два раза. 26 ноября 2014 года данные из базы данных TrEMBL перенесли в Swiss-Prot, изменив идентификатор (раньше: G8ZIK1).
Сравнивая версии 1 (от 1 мая 2000 г.), 14 (от 5 июля 2004 г.), 106 (от 29 октября 2014 г.), 133 (от 10 февраля 2021 г.), 134 (от 7 апреля 2021 г.), узнаём следующее:

1. Изменена строка с описанием (в последней версии): добавлены AC и ID белка, организм, с которого секвенировали белок, его идентификатор (OX=272844), имя гена (GN=PYRAB14380), уровень достоверности существовани белка (PE=1) и номер версии последовательности (SV=2), убраны даты изменения fasta-файла.
2. Изменена аминокислотная последовательность: кусок "MKSLLTFKTLLNFKYLIRPRSEEILGVRA" во второй версии fasta-файла последовательности аминокислот отсутствует.
3. В 106 версии структура белка была известна только с 30 по 277 а.о., в более поздней - для всего белка.
4. В самой первой версии значилась единственная ссылка на статью Heilig R. "Pyrococcus abyssi genome sequence: insights into archaeal chromosome structure and evolution.". Начиная с четырнадцатой версии, её заменили на статью Cohen G. N., Barbe V. et al. "An integrated analysis of the genome of the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus abyssi". Позже запись в Uniprot пополнялась новыми статьями.
5. В поле FT изменилось ECO (в последней версии) для альфа-спиралей и бета-листов: с 0000244 (комбинаторные методы) на 0007744 (комбинаторные, компьютерные и экспериментальные методы).

Рассмотрим подробнее поле FT, означающее таблицу локальных особенностей.

Ключи:
• Chain - характеристика полипептидной цепи в белке: колиечство аминокислот в цепи, заметка (здесь: полное имя белка) и ID.
• NP_Bind (сокр. от "nucleotide phospahte binding") - участок белка, связанный с фосфатом нуклеотида.
• Motif - короткая (до 20 аминокислот) последовательность мотива.
• Binding (сокр. от "binding site") - центр связывания с химической группой.
• Site - центр с одной аминокислотой последовательности.
• Helix (сокр. от alpha-helix) - альфа-спираль внутри целой структуры белка.
• Strand (сокр. от beta-strand) - бета-лист внутри целой структуры белка.
• Turn - повороты.

Начиная с NP_Bind, появляется строчка "evidence", описывающая какие-либо доказательства в формате "тип|источник". Первое - это код Evidence and Conclusion Ontology (ECO), относящийся к методу, с помощью которого визуализировали вторичную структуру белка и расчитали, какие аминокислотные остатки входят в её элементы. Второе - источник информации (PDB-файл, ссылка на публикацию в стороннем ресурсе или на базу данных). Если взглянуть на историю изменений, можно заметить, что в последней версии изменился код ECO для элементов вторичной структуры.

Список литературы

1. Alonso B., Beraud C., Meguellati S., et al. Eukaryotic GPN-loop GTPases paralogs use a dimeric assembly reminiscent of archeal GPN. Cell Cycle. 2013;12(3):463-472. doi:10.4161/cc.23367
2. Gras S, Chaumont V, Fernandez B, et al. Structural insights into a new homodimeric self-activated GTPase family. EMBO Rep. 2007;8(6):569-575. doi:10.1038/sj.embor.7400958
3. Erauso, G., Reysenbach, AL., Godfroy, A. et al. Pyrococcus abyssi sp. nov., a new hyperthermophilic archaeon isolated from a deep-sea hydrothermal vent. Arch. Microbiol. 160, 338349 (1993). doi:10.1007/BF00252219
4. Gao J., Wang J. Re-Annotation of Two Hyperthermophilic Archaea Pyrococcus abyssi GE5 and Pyrococcus furiosus DSM 3638. Current Microbiology. 2011;64(2), 118–129. doi:10.1007/s00284-011-0035-x
5. Cohen G. N., Barbe V., Flament D., Galperin M., Heilig R., Lecompte O., Poch O., Prieur D., Quérellou J., Ripp R., Thierry J. Van der Oost J., Weissenbach J., Zivanovic Y., Forterre P. An integrated analysis of the genome of the hyperthermophilic archaeon Pyrococcus abyssi. Molecular Microbiology. 2003;47(6), 1495–1512. doi:10.1046/j.1365-2958.2003.03381.x