Task 8 (RNA structure)

Занятие 8. Структура тРНК

В директории Term3 создана поддиректория Practice8

PDB-код	тРНК	Организм	Идентификатор цепи тРНК	Макромолекулы в структуре
1qrt	tRNA(Gln)	Escherichia coli	B	ATP,PROTEIN (GLUTAMINYL-TRNA SYNTHETASE (E.C.6.1.1.18))

Последовательность тРНК из файла 1qrt.pdb:

(2) G G G G U A U C G C C A A G C G G G A A G G C A C C G G A U U C U G A U U 
C C G G C A U U C C G A G G U U C C A A U C C U C G U A C C C C A G C C A (76)

Модифицированных оснований нет
* Интересно, что в данной тРНК нет мутаций, однако на сайте SRS дана последовательность тРНК не совпадающая с pdb-файлом: в 19 положении стоит U (вместо G), а в в 56 положении находится G (вместо С)

Структура 1qrt.pdb была проанализирована с помощью программы find_pair:

find_pair -t 1qrt.pdb stdout | analyze

Среди выданных программой файлов находился скрипт col_helices.scr для выделения различных alfa-спирлей структуры.
В итоге в структуре оказалось 4 спирали:

Номер спирали	Длина спирали	Атомы, входящие в спираль
I	6 нуклеотидных пар	2:B, 71:B 3:B, 70:B 4:B, 69:B 5:B, 68:B 6:B, 67:B 7:B, 66:B
II	3 нуклеотидных пары	10:B, 25:B 11:B, 24:B 12:B, 23:B
III	7 нуклеотидных пар	37:B, 33:B 38:B, 32:B 39:B, 31:B 40:B, 30:B 41:B, 29:B 42:B, 28:B 43:B, 27:B
I	6 нуклеотидных пар	49:B, 65:B 50:B, 64:B 51:B, 63:B 52:B, 62:B 53:B, 61:B 54:B, 58:B

Участки, входящие в разные спирали

 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
 G G G G U A U C G  C  C  A  A  G  C  G  G  G  A  A  G  G  C  A  C  C  G  G  A  U  U  C  U  G  A  U  U

 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75
 C  C  G  G  C  A  U  U  C  C  G  A  G  G  U  U   C  C  A  A  U  C  C  U  C  G  U  A  C  C  C  C  A  G  C  C  A

Изображение цепи тРНК, созданное RasMol
На рисунке цепь тРНК в остовной модели, найденные спирали покрашены в разные цвета, при атомах фосфора 5'-концевого и 3'-концевого нуклеотидов подписаны номера остатков.

background white
restrict nucleic
backbone 200
wireframe off
color grey
define helix1 2-7:B,66-71:B
select helix1
color red
define helix2 10-12:B,23-25:B
select helix2
color green
define helix3 37-43:B,27-33:B
select helix3
color pink
define helix4 49-54:B,58-65:B
select helix4
color blue
select 2:B and *.P
label G 2 chain B/5' konec
select 76:B and *.P
label A 76 chain B/3' konec

Пример внеспирального стекинг-взаимодействия между основаниями:

Внеспиральное взаимодействие между U8 и А21; между G23 и С9

  
             А(14)-----U(8)-----A(21)
|         |
|         |
|         |
|         |
             C(12)-----G(23)-----C(9)

Пример водородных связей между основаниями, не сводящийся к Уотсон-Криковскому спариванию комплементарных оснований.

Данные о водородных связях между основаниями, не сводящимися к Уотсон-Криковскому спариванию комплементарных оснований из файла 1QRT.out:

    Strand I                    Strand II          Helix
   
  13   (0.010) B:..55_:[..U]Ux**+xG[..G]:..18_:B (0.010)     x
  ------------------------------------------------------------
  15   (0.007) B:..38_:[..U]U-*---U[..U]:..32_:B (0.005)     |
  ------------------------------------------------------------
  21   (0.005) B:..44_:[..C]Cx*---A[..A]:..26_:B (0.005)     |
  ------------------------------------------------------------
  29   (0.003) B:..46_:[..U]U-**+-U[..U]:..47_:B (0.007)     +

Note: This structure contains 4 non-Watson-Crick base-pairs.

В данной молекуле тРНК содержатся четыре спирали, при этом две из них состоят только из одной пары нуклеотидов. Следовательно, для выяснения вопроса: "На какую из форм ДНК похожи спирали РНК?" - буду рассматривать только первые две спирали:

Helix I Helix II

Из данных изображений видно, что спирали тРНК больше всего похожи на А-форму ДНК, так как на рисунках явно видно отверстие в спиралях.

Helix	Большая бороздка	Малая бороздка
I	11.507 (C49B.O4-C68B.C4)	17.784 (U55B.C2-U63B.O5)
II	12.349 (G30B.N7-G43B.C3*)	17.799 (U32B.C5-G42B.O3*)

Данные о длине большой и малой бороздки в спиралях также подтверждают, что спирали тРНК похожи на А-форму ДНК.

Программа einverted из пакета EMBOSS позволяет найти инвертированные последовательности в НК.Программа запускалась с параметром Minimum score threshold 10, так как при значениях параметра 50, 40 и 30, программа не давала никакого результата. По выданным прграммой выравниваниям можно предположить возможные двуспиральные участки в последовательности исследуемой РНК.
Результаты программы einverted:
```
Score 18: 6/6 (100%) matches, 0 gaps
       1 ggggta 6
         ||||||
      67 ccccat 62
```
Участки 1-6 и 62-67 целиком входят в спираль I, следовательно выравнивание соответствует данным полученным ранее. Однако программа einverted не нашла еще одну одну большую спираль в молекуле тРНК (двумя другими спиралями можно пренебречь, так как они состоят всего из одной нуклеотидной пары). Возможно, правильной работе данной програмы помешала сложная структура тРНК и внеспиральные стекинг-взаимодействия между основаниями. Следовательно программа einverted не может считаться универсальной, ее данные обязательно должны проверяться и уточняться.

Анализ последовательности тРНК программой mfold. Команда, использовавшаяся для работы с программой mfold:
```
mfold SEQ=1qrt.fasta P=15
```
Параметр P=15 был выбран потому, что в этом случае получается больше вариантов структур, а также потому что в выдаче присутствует структура наиболее похожая на реальную тРНК (форма клеверного листочка). При Р=10 и Р=20 получаются одни и теже структуры, которые не похожи на настоящую тРНК.
Предсказание вторичной структуры, максимально близкое к реальности:

на страницу III семестра

на главную