Практикум 8. Сигналы и мотивы

1. Описание мотива в белках паттерном

Выбрана мнемоника ENO — энолаза, фермент гликолиза, катализирующий превращение 2-фосфоглицерата в фосфоенолпируват.В файле bacteria-sw.fasta содержится 748 белков с мнемоникой ENO*.

Для анализа выбраны 9 белков из Swiss-Prot: ENO_CHLAA, ENO_PROMH, ENO_ECOLI, ENO_BACSU, ENO_THEMA, ENO_STAA8, ENO_MYCGA, ENO_STRMU, ENO_AERHY.

Последовательности выровнены программой MUSCLE. Выравнивание.

В выравнивании выбран консервативный участок 120–128 (остатки 107–115 в ENO_ECOLI) длиной 9 аминокислот без гэпов. По нему составлен паттерн: G-A-N-A-I-L-[AG]-V-S.

Поиск проводился программой fuzzpro по базе bacteria-sw.fasta. Получено 527 находок, из которых:

Точность поиска составила 97,0%, полнота — 68,3%. Таким образом, паттерн обладает высокой специфичностью, но не позволяет обнаружить все белки выбранного семейства.

2. Поиск мотивов программами MEME и MAST

Программой MEME в 9 белках ENO найдены три мотива длиной 15 аминокислот. Каждый мотив присутствует во всех 9 последовательностях.

Таблица 1. Мотивы, найденные MEME
Мотив Консенсус Длина E-value Найден в белках Пересечение с участком 120–128
MEME-1 PVPMMNIINGGEHAD 15 2,6 × 10-68 9 из 9 Нет
MEME-2 GYTAVISHRSGETED 15 1,5 × 10-67 9 из 9 Нет
MEME-3 RSDRIAKYNQLLRIE 15 6,8 × 10-67 9 из 9 Нет

Ни один из найденных мотивов не пересекается с участком 120–128, выбранным в первой части.

Результаты MEME.

Программа MAST обнаружила 791 белок, из которых 748 имеют мнемонику ENO*, а 43 являются ложноположительными находками. Из 43 ложноположительных находок 25 имеют мнемоники ENO1_*, ENO2_* или ENO3_*, то есть относятся к другим обозначениям энолаз. Оставшиеся 18 находок принадлежат белкам с другими мнемониками. Поиск проводился с порогом E-value ≤ 10.

Ложноотрицательных результатов нет.

Результаты MAST.

MAST показал большую полноту поиска (100%) по сравнению с fuzzpro (68,3%), но несколько меньшую точность (94,6% против 97,0%). Таким образом, использование нескольких мотивов позволило обнаружить все белки ENO* в базе, хотя число ложноположительных находок увеличилось.

3. Поиск последовательности Шайна — Дальгарно в геноме

Геном

Для анализа использована геномная сборка Rothia nasimurium PT-32 (GCF_002087015.1), исследованная в первом семестре. Суммарная длина сборки — 2 678 677 нт.

Последовательность Шайна — Дальгарно (ПШД) — участок мРНК, комплементарный 3'-концу 16S рРНК, участвующий в инициации трансляции. Обычно располагается перед старт-кодоном. Для поиска выбран паттерн AGGAGG.

Поиск паттерна AGGAGG проводился программой fuzznuc на прямой и комплементарной цепях генома.

Для оценки случайного ожидания использованы частоты нуклеотидов: p(A) = 0,2111; p(T) = 0,2090; p(G) = 0,2900; p(C) = 0,2898.

По аннотации genomic.gff также проверено положение всех находок относительно CDS. Правильным считалось расположение на той же цепи за 5–10 нуклеотидов до старт-кодона.

Таблица 1. Результаты поиска ПШД
Цепь Паттерн Найдено Ожидаемо Z В правильной позиции Доля, %
Прямая (+) AGGAGG 766 ≈ 844 ≈ −2,7 — —
Обратная (−) CCTCCT 838 ≈ 825 ≈ 0,4 — —
Всего — 1604 1670,34 −1,62 69 4,3%

Ожидаемые значения по отдельным цепям приблизительные; суммарное значение рассчитано по неокруглённым частотам. Распределение 69 правильных находок по цепям отдельно не подсчитывалось.

Статистическая проверка

Ожидаемое число случайных совпадений на обеих цепях: E ≈ L × (p(A)2 × p(G)4 + p(T)2 × p(C)4) = 1670,34.

Приближённая Z-статистика: Z = (1604 − 1670,34) / √1670,34 = −1,62. Поскольку |Z| < 1,96 (p ≈ 0,11), отличие наблюдаемого числа находок от случайного ожидания статистически незначимо.

Выводы

Наблюдаемое число находок ПШД (1604) не имеет статистически значимого отличия от ожидаемого (1670,34; Z = -1,62; p ≈ 0,11). В потенциально правильной позиции относительно старт-кодонов CDS находятся 69 из 1604 найденных последовательностей (4,3%).