Комплексы ДНК-белок

Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

В программе JMol с помощью команды define можно задавать множества атомов. Определим множества следующих атомов:

множество атомов кислорода 2'-дезоксирибозы (set1);
множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты (set2);
множество атомов азота в азотистых основаниях(set3);

Создадим скрипт , вызов которого даёт в программе JMol последовательно следующие изображения:

вся структура
только ДНК (в проволочной модели);
проволочная модель ДНК с выделенными шариками множества атомов set1,
проволочная модель ДНК с выделенными шариками множества атомов set2,
проволочная модель ДНК с выделенными шариками множества атомов set3.

Рис. 1 Вся структура

Рис. 2 ДНК в проволочной модели (с помощью функции wireframe)

Рис. 3 Атомы кислорода 2'-дезоксирибозы (получены с помощью cpk, окрашены в красный цвет)

Рис. 4 Атомы кислорода в остатке фосфорной кислоты (получены с помощью cpk, окрашены в синий цвет)

Рис. 5 Атомы азота в азотистых основаниях (получены с помощью cpk, окрашены в зеленый цвет)

Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре
Для того, чтобы найти межмолекулярные взаимодействия ДНК с белком, напишем скрипт.Полярными будем считать атомы кислорода и азота(расстояние не более 3,5 ангстрем), а неполярными- атомы углерода,фосфора и серы (расстояние не более 4,5 ангстрем). Результат приведен в таблице:

контакты атомов белка с	полярные	неполярные	всего
остатками 2'-дезоксирибозы	17	93	110
остатками фосфорной кислоты	21	80	101
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	1	5	6
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	9	25	34

Заметим, что неполярных контактов больше, чем полярных, также наибольшее число контактов с остатками фосфорной кислоты и остатками 2'-дезоксирибозы, что связано с их расположением в пространстве (т.е они более доступны для контакта с белком). Наименьшее число контактов с остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки (связано с их пространственной недоступностью).
Использование программы nucplot
C помощью программы nucplot получила схему контактов белка с ДНК. Она представлена на рис. 6.

Рис. 6 Иллюстрация контактов цепей ДНК, полученная с помощью программы nucplot

Максимальное количество контактов ДНК имеет с Arg168(2 контакта).Они представлены на изображении 7 полученным с помощью программы JMol:

Рис. 7 Иллюстрация контакта Arg168 с 49A цепи С

Если говорить о том, какой остаток важен для распознавания фрагмента ДНК, то можем отметить остатки T5 и Т9, так как в них происходит непосредственное образование водородных связей между остатком азотистого основания и боковым радикалом цепи белка.Схемы, иллюстрирующие взаимодействия приведены на рисунках 7, 8

Рис. 8 Иллюстрация контакта Arg170 с 5T цепи B

Рис. 9 Иллюстрация контакта His182 с 9T цепи B

Предсказание вторичной структуры тРНК
Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов
Программа einverted из пакета EMBOSS позволяет найти инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях.При этом были заданы следующие параметры:

Штраф за пропуск (Gap penalty)[12]:

Минимальное количество набранных очков (Minimum score threshold)[50]:9

Штраф за несоответствие (Mismatch score)[3]:

Количество очков за правильное соответствие(Match score): 10
В итоге был получен файл:sequence.inv, содержащий два очень коротких выравнивания участков инвертированных последовательностей. При использовании значений "Minimum score threshold" ниже 9 в результирующем файле ничего не меняется.
Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера
Программа mfold из пакета EMBOSS реализует алгоритм Зукера. Побробуем провести предсказание с отклонением энергии на 15%,в итоге получаем 10 возможных структур, однако все из них не совпадали с реальной структурой тРНК. Поэтому решили провести поиск при 5 % и при таком анализе получили 2 возможные структуры ( картинки представлены ниже). Далее попробуем провести поиск с нулевым отклонением, т.е наиболее точное предсказание( см. рис. 11). Работа проводилась в браузерной программе. Несмотря на то, что обе полученные структуры наиболее близки по энергии к оптимальной, верхняя структура более правильна, т.к сохраняет стандартную форму тРНК.

Рис. 10 Результат предсказания вторичной структуры тРНК с использованием алгоритма Зукера

Рис. 11. Поиск с нулевым отклонением

Сравнение результатов программ, с помощью которых в этом задании мы пытались предсказать вторичную структуру тРНК 1ML5 можно посмотреть в таблице:

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5'-66-71-3' 5'-2-7-3' 6 пар	0 правильных пар	5'-67-72-3' 5'-1-6-3' 5 правильных пар
D- стебель	5'-10-13-3' 5'-22-25-3' 4 пары	0 правильных пар	5'-10-13-3' 5'-22-25-3' 4 правильные пары
Т-стебель	5'-49-53-3' 5'-61-65-3' 5 пар	5'-49-53-3' 5'-61-65-3' 5 правильных пар	5'-49-53-3' 5'-61-65-3' 5 правильных пар
Антикодоновый стебель	5'-26-32-3' 5'-38-44-3' 7 пар	5'-22-31-3' 5'-39-48-3' 6 правильных пар	5'-27-31-3' 5'-39-43-3' 5 правильных пар
Общее число канонических пар нуклеотидов	22	15	20