КОМПЛЕКС ДНК-БЕЛОК

ПРЕДСКАЗАНИЕ ВТОРИЧНОЙ СТРУКТУРЫ тРНК

Вторичная структура тРНК(PDB ID: 1IL2) была предсказана тремя способами: наиболее точным способом, с использованием программ find_pair, analyze пакета 3DNA описан в предыдущем практикуме, с помощью программы einverted из пакета EMBOSS, позволяющей найти инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях, а также с помощью программы RNAfold из пакета Viena Rna Package реализующей алгоритм Зукера. Данные приведены ниже, в Таблице 1.

Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла 1IL2.pdb
Участок структуры Позиции в структуре (по результатам find_pair)Результаты предсказания с помощью einvertedРезультаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель5'-901-907-3'
5'-966-972-3'
Всего 7 пар		 Предсказано 0 пар из 75'-901-908-3'
5'-964-971-3'
Предсказано 8 пар из 7 со сдвигом на 1 нуклеотид на второй цепи
D-стебель5'-949-953-3'
5'-961-965-3'
Всего 5 пар 		5'-948-952-3'
5'-960-964-3'
Предсказано 5 пар из 5 со сдвигом на 1 нуклеотид		5'-949-952-3'
5'-960-963-3'
Предсказано 4 пары со сдвигом на 1 нуклеотид по второй цепи.
T-стебель5'-910-913-3'
5'-922-925-3'
Всего 4 пар		Предсказано 0 пар из 45'-917-920-3'
5'-945-948-3'
Предсказано 4 пары из 4 но со сдвигом на 4 нуклеотида на первой цепи и на 23 на воторой
Антикодоновый стебель5'-938-944-3'
5'-926-932-3'
Всего 7 пар		Предсказано 0 пар из 75'-937-340-3'; 5'-942-944-3'
5'-925-931-3'
Предсказано 7 пар из 7 с 1 выпетливанием на первой цепи и последующим сдвигом на 1 нуклеотид
Общее число канонических пар нуклеотидовВсего 23 парыВсего 5 парВсего 23 пары
На рисунке ниже представлена визуализация единственной находки прогаммы.

ПОИСК ДНК-БЕЛКОВЫХ КОНТАКТОВ

Помимо этого для был осуществлен поиск ДНК-белковых контактов в комплексе ДНК-белок (PDB ID: 1ODH), также описанном в предыдущем практикуме. Связи между атомами белка и ДНК были найдены с помощью программы для визуализации молекул JMol, позволяющей выделять определенные группы атомов в заданной структуре. Ниже приведен Jmol-апплет, наглядно демонстрирующий примеры выделения различных групп атомов в структуре 1ODH.

Cкрипт

В Таблице 2 представлены итоги поисков ДНК-белковых контактов. С помощью выделения различных групп атомов в составе комплекса (аналогично представленным в апплете выше) были определены различного рода полярные и неполярные взаимодействия между атомами белка и нуклеиновой кислоты. При этом полярными считались атомы азота и кислорода, неполярными - атомы углерода, фосфора и серы. Под полярным контактом подразумевается ситуация, когда полярные атомы белка и ДНК расположены на расстоянии не более 3.5 Å, неполярные - не более 4.5 Å. Поиск контактов осуществлялся с помощью программы JMol, c помощью данного скрипта.

Таблица 2. Контакты разного типа в комплексе ODH1.pdb
Контакты атомов белка сПолярныеНеполярныеВсего
остатками 2'-дезоксирибозы2911
остатками фосфорной кислоты12820
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки459
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки000

Из таблицы 2 видно, что наибольшее количество контактов с белком образуют остатки фосфорной кислоты, несколько меньше остатки дезоксирибозы. В целом из этого можно сделать вывод, что во взаимодействии с белковой молекулой преимущественно вступает сахоро-фосфатный остов ДНК. При этом в данном случае молекулы азотистых основыний образовывали существенно меньше контактов, атомы, обращенные в сторону малой бороздки не образовывали их вообще. При этом четкого перевеса в количестве полярных или неполярных контактов не наблюдается.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДНК-БЕЛКОВЫХ КОНТАКТОВ

С помощью программы nucplot из пакета EMBOSS была полученна популярная схема, иллюстрирующая ДНК-белковые контакты для комплекса 1ODH (Рис.1).


Рис.1 Схема ДНК-белковых контактов комплекса 1ODH

НЕКОТОРЫЕ КОНТАКТЫ

На Рис. 2 показаны контакты аминокислоты [ARG]65 с ДНК. Как видно из схемы на Рис.1, данная аминокислота взаимодействует с двумя азотистыми основаними на двух различных цепочках ДНК. С помощтю Jmol ранее была выявлено, что данная аминокислоты вступает в пять взвимодейтсвий ( 3 полярных и 2 неполярных) с атомами малой бороздки. Однако испльзуя приложенный выше скрипт, были получены результаты, утверждающие, что данная аминокислота взаимодействует с тремя парами азотистых оснований (одно взаимодействие с [DC]1018, одно с [DG]1008 и три с [DG]1007). Из чего можно сделать вывод, что [ARG]65 вступает в наибольше число контактов.

Рис.2 Контакты [ARG]65 c ДНК
Зеленым отмечены атомы аргинина, участвующие в полярных взаимодейтсвиях, белым - в неполярных.

В узнавании ДНК, данным доменом (GCM) учавствует фрагмент 5'-ATGCGGGT-3' , при этом наиболее значимы позиции 2, 3, 6, 7.[1]. Как видно из схемы (Рис.1), существует множество контактов в области А и Т нуклеотидов, но лишь несоклько аминокислот взаимодействуют непосредственно с самим нуклеотидом T. Однако обозначенные на схеме связи водородные, и не находятся при помощи Jmol. Нашлось всего две аминокислоты, взаимодействующих непосредственно с азотистыми основаниями. Одна, с наибольшим количеством контаков уже была предствалена выше (Рис. 2 [ARG]65), на Рис. 3 изображены контакты ДНК с гиситидином (1 полярный и 1 неполярный). Видимо, именно эти две аминокислоты в большей степени отвечают за взаимодействие ДНК и GCM домена.

Рис.3 Взаимодействие [HIS]67 c гуанином.

ССЫЛКИ

1. Structural requirements for DNA binding of GCM proteins. Schreiber J , Enderich J , Wegner M (1998) (PMID:9580683 PMCID:PMC147556)

© Анна Камышева 2016