Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

В предыдущем практикуме (pr2) с помощью программы find_pair мы нашли пары нуклеотидов, которые образуют стебли тРНК. Они представлены на рисунке 1.


Рисунок 1. Спаренные нуклеотиды тРНК


Рис.2. Вторичная структура тРНК
Источник: Фаворова. Строение тРНК[1]

Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов

Работаем с программой einverted, которая позволяет найти инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях. Долго пытались подобрать параметры, так, кажется, нормально и не подобрали. Будем смотреть, что получилось.

Инвертированные повторы. Вывод программы.
Fasta-файл. Вывод программы einverted.

Структура тРНК предсказывается очень плохо, так и не получилось подобрать параметры так, чтобы предсказание было качественным. Лучшее, что получилось сделать -- предсказать 4 пары в акцепторном стебле.

Предсказание по алгоритму Зукера

cat trna.fasta | RNAfold --MEA > out.txt

Была использована программа RNAfold из пакета Viena Rna Package, которая реализует алгоритм Зукера. RNAfold принимает на вход последовательность РНК в формате fasta и рассчитывает вторичную структуру РНК с минимальной свободной энергией (mfe).

Выдача программы:
Файл

Точки обозначают неспаренные нуклеотиды, круглые скобки - спаренные.

Рис.3. Точечный график, показывающий вероятность образования пар оснований, RNAfold

Рис.4. Предсказанная вторичная структура тРНК с минимальной свободной энергией, RNAfold


Программа с большой точностью предсказывает структуру тРНК. Предсказала по одной лишней паре в D- и Т- стеблях. Сравнение предсказания с реальной структурой представлено в таблице 1.

Таблица 1. Сранение реальной и предсказанной вторичной структуры тРНК из файла 1n78.pdb

Участок структуры (расшифровку названий см. на рис. 2 в статье О.О.Фаворовой) Позиции в структуре (по результатам find_pair) Результаты предсказания с помощью einverted Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель 5'-501-507-3'5'-566-572-3'
Всего 7 пар		 предсказано 4 пары из 7 реальных 7 из 7
D-стебель 5'-510-513-3'5'-522-525-3'Всего 4 пары 0 5 (одна лишняя), т.е. 4 верно предсказанных
T-стебель 5'-549-553-3'5'-561-565-3'Всего 5 пар 0 5 из 5
Антикодоновый стебель 5'-538-544-3'5'-526-532-3'
Всего 7 пар		 0 5 из 7
Общее число канонических пар нуклеотидов 23 4 21

ДНК-белковые комплексы
Текст скрипта

Описание ДНК-белковых контактов

Будем считать полярными атомы кислорода и азота, а неполярными -- атомы углерода, фосфора и серы.
Назовем полярным контактом ситуацию, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5Å. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5Å. Определим число контактов в ДНК-белковом комплексе.

Контакты атомов белка с Полярные Неполярные Всего
остатками 2'-дезоксирибозы 12 31 43
остатками фосфорной кислоты 21 7 28
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки 0 12 12
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки 11 2 13

Текст скрипта -- точнее набор использованных команд.

Больше всего полярных контактов с участием остатков фосфорной кислоты; на втором месте количество неполярных контактов с остатками 2'-дезоксирибозы. Контактов с участием остатков азотистых оснований со стороны малой бороздки было найдено 13, преобладают полярные контакты. С атомами большой бороздки 12 неполярных контактов. Можно заключить, что остов ДНК больше склонен к образованию связей, чем остатки азотистых оснований.

Схема ДНК-белковых контактов

Получили популярную схему ДНК-белковых контактов с помощью программы nucplot

remediator --old 1i3j.pdb >1i3j_old.pdb

nucplot 1i3j_old.pdb




Наибольшее число контактов с ДНК имеют Arg168 и Asn175 (по 4 контакта). При этом Arg168 имеет контакт с азотистым основанием.

Arg168 и нуклеотиды, с которыми он контактирует. Раскраска по атомам. Зеленым атомы белка, фиолетовым атомы ДНК, находящиеся на расстоянии 3.5А друг от друга.

Аминокислотный остаток, наиболее важный для распознавания последовательности ДНК -- SER176, т.к. образует водородные связи с двумя нуклеотидами: DC47 и DA48

Ser176 и нуклеотиды, с которыми он контактирует. Показаны водородные связи.