Задание 1. Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

Упражнение 1. Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов

Программа einverted из пакета EMBOSS позволяет найти инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях. С ее помощью были найдены возможные комплементарные участки в последовательности исследуемой тРНК. Результат работы этой программы вы можете видеть ниже. Красным цветом выделены те нуклеотиды, которые совпали с результатами, полученными ранее с помощью find_pair.

SEQUENCE: Score 71: 22/31 ( 70%) matches, 6 gaps

       1 ggga-t-t-tagctcagttggga-gagcgccaga-ct 32      
         |||| | | | | || |     | || | ||||| ||
      70 ccctaagacacctag-cttgtgtcctggaggtctaga 35      

Упражнение 2. Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера.

Программа RNAfold из пакета Viena Rna Package реализует алгоритм Зукера. На вход программа получает последовательность тРНК в FASTA - формате, а на выход выдает последовательность, в которой "(" и ")" соответствуют 5'- и 3'-основаниям соответственно, а "." - неспаренное основание. Ниже вы можете видеть результ работы этой программы.

>5AXM:P|PDBID|CHAIN|SEQUENCE
GGGAUUUAGCUCAGUUGGGAGAGCGCCAGACUGAAGAUCUGGAGGUCCUGUGUUCGAUCCACAGAAUCCCCACCA
((((((..((((........)))).(((((.......))))).....(((((.......)))))))))))..... (-21.90)

В моем случае программа с первого раза довольно точно определила 3 стебля и почти полностью 4-й. А ниже вы можете видеть изображение, полученное с помощью сервиса RNAfold.

Рис. 1. Предсказанная с помощью RNAfold структура РНК

Сравнение трех полученных результатов вы можете видеть в таблице, приведенной ниже.

Таблица 1. Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла 5axm.pdb
Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5'-2-71-3' 5'-7-66-3' Всего 6 пар	4/6	6/6
D-стебель	5'-10-25-3' 5'-13-22-3' Всего 4 пары	0/4	4/4
T-стебель	5'-49-65-3' 5'-53-61-3' Всего 5 пар	0/5	5/5
Антикодоновый стебель	5'-38-32-3' 5'-44-26-3' Всего 7 пар	5/7 со сдвигом на один	5/7 Такой результат верояно получен из-за неканонического взаимодействия пар G-A и A-C.
Общее число канонических пар нуклеотидов	22	10	20

Очевидно, с программой RNAfold были получены более достоверные результаты (20 правильно предсказанных пар, против 10 у find_pair).

Задание 2. Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Упражнение 1

Для структуры с PDB_ID 4Z1X в JMol были заданы следующие множества:

• Множество атомов кислорода 2'-дезоксирибозы (set1).

• Множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты (set2).

• Множество атомов азота в азотистых основаниях (set3).

Воспользовавшись кнопками, расположенными под апплетом, вы можете управлять скриптом ("Start script" для запуска, "Resume" для продолжения выполнения скрипта, "Reset" - вернуться к исходному изображению), последовательно отображающим данные множества атомов в проволочной модели ДНК. Ссылка на скрипт

Упражнение 2

В данном упражнении необходимо было описать ДНК-белковые контакты в заданной структуре, а также сравнить количество контактов разной природы. При этом мы считаем 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 3.5. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5. Было определено число контактов и заполнена таблица, которую вы можете видеть ниже.

Таблица 2. Контакты разного типа в комплексе 4z1x.pdb
Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	3	53	56
остатками фосфорной кислоты	29	19	48
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	15	66	81
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	0	10	10

На основе данных второй таблицы можно сделать предоложение о том, что белок в основном взаимодействует с сахаро-фосфатным остовом ДНК (фосфор) и остатками большой бороздки, что связано с их доступностью. Также наблюдается очень мало контактов с остатками малой бороздкой (ни одного полярного), это можно объяснить труднодоступностью малой бороздки. В целом, неполярных контактов больше полярных.

Упражнение 3

С помощью программы nucplot была получена популярная схема ДНК-белковых контактов, полученные изображения вы можете видеть ниже.

Рис. 2. Популярная схема ДНК-белковых контактов.

Упражнение 4

Рис. 3. Изображение контакта между аргинином и гуанином.