Комплексы ДНК с белком

Задание 1. Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

Известно, что тРНК обладает фиксированной вторичной структурой, включающей в себя акцепторный стебель, D-стебель, D-петлю, антикодоновую весть (антикодоновый стебель, антикодоновая петля), Т-петлю и Т-стебель, а также иногда дополнительную V-петлю. (структура приведена на рис.1).

Необходимо было сравнить предсказания вторичной структуры аспартил-тРНК 1C0A.pdb, полученные с помощью команды einverted пакета EMBOSS и с помощью алгоритма Зукера.

Упражнение 1. Поиск вторичной структуры тРНК с помощью einverted.

Данная программа ищет инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях. Запрос со стандартными параметрами не дал никакого результата, поэтому параметры были изменены на те, которые представлены на рис. 2.

Видно, что пришлось установить довольно низкий порог score, маленький штраф за гэпы, увеличить балл за совпадение и уменьшить штрафной балл за несовпадение.

В результате была получена схема комплементарных взаимодействий (представлена на рис.3)

Очевидно, при таких недостоверных параметрах программа находит далеко не все стебли; отчетливо виден лишь акцепторный (1-7:67-73). Сравнение полученных данных с данными, полученными в прошлом практикуме с помощью программы find_pair, приведены в Таблице 1.

Упражнение 2. Поиск вторичной структуры тРНК с помощью алгоритма Зукера.

Для построения структуры тРНК была использована программа RNAfold online со стандартными параметрами. Программа определила минимальную свободную энергию структуры как -28.10 kcal/mol, а по термодинамическому предсказанию -29.03 kcal/mol. Результат в виде картинки приведен на рис. 4.

Сравнение результатов двух программ по предсказанию вторичной структуры тРНК с реальной структурой, полученной find_pair, приведено ниже в Таблице 1.

Таблица 1. Сравнение трех вариантов структур аспартил-тРНК, найденных find_pair, einverted и RNAfold.

Заметно, что программа einverted заметно проигрывает в достоверности предсказания вторичной структуры тРНК алгоритму Зукера. Вероятно, этому способствовало кардинальное изменение параметров программы, однако при более жестких условиях участки структуры находились хуже. При таких параметрах, по крайней мере, был найден акцепторный стебель.

Задание 2. Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Была дана структура ДНК-белкового комплекса c PDB-ID 1LQ1, которая представляет собой комплекс ДНК с ключевым фактором транскрипции, инициирующим начало спорообразования бактерий. Из белка была взята цепь D, а из ДНК цепи E и F, так как с двумя другими цепочками ДНК (G и H) белковая цепь D не взаимодействует. Далее использовался файл 1LQ1_c.pdb.

Определим кислород и азот как полярные атомы, а углерод, серу и фосфор - как неполярные. Полярным контактом будем считать ситуацию, когда медлу полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3,5 Å. Неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии не более 4,5 Å.

Были рассмотрены контакты белка с различными группами атомов ДНК: с атомами дезоксирибозы (set1), атомами фосфатов (set2), атомами азотистых оснований, смотрящих в большую бороздку (set3) и малую бороздку (set4). Эти группы изображены на рис. 5.

Полярные и неполярные контакты различных функциональных групп ДНК и белка показаны в Jmol-апплете ниже (Скрипт).

После того, как структура загрузится, нужно выбрать сценарий:

1. Запустить скрипт:

2. Продолжить исполнение скрипта:

Текст скрипта 1

Jmol output:

По показанным с помощью скрипта атомам была создана Таблица 2, в которой описано кол-во полярных и неполярных взаимодействий ДНК (цепи E, F) и белка.

Таблица 2. Контакты разного типа в комплексе 1LQ1_c.pdb

Из таблицы видно, что больше всего белок взаимодействует с фосфатами ДНК, а также немного меньше - с азотистыми основаниями в большой бороздке.

Упражнение 3.

Была построена популярная схема контактов ДНК с белком с помощью программы nucplot (предварительно pdb-фалй был переведен в старый формат программой remediator). Результат приведен ниже на рис. 6.

Судя по схеме, предоставленной nucplot, наибольшее число контактов с ДНК (а именно 2) имеют 2 остатка цепи белка D: Arg(217) (связи через NH2 и NH1) и Ser(250) (связи через OG, N). Они более крупно изображены на рис. 8.

Видно, что аргинин (Arg217)имеет 2 общие водородные связи с азотистым основанием (гуанином) ДНК, тогда как серин (Ser250) связан с фосфатным остатком нуклеотида. Это может означать, что 217-й аргинин играет более важную роль в распознавании ДНК, так как связывается специфично с азотистым основанием, которое находится "глубже" в структуре ДНК, чем фосфат, с которым связывается 250-ый серин. Иллюстрации контактов этих двух аминокислотных остатков с ДНК приведены на рис. 9.

На схеме контактов ДНК с белком также можно заметить скопление аминокислотных остатков около фосфатного остатка между 120 А и 121 Т цепи ДНК F. Однако те взаимодействия не рассматривались, так как 2 из 4 "связей" связями как таковыми не являются, атомы просто сильно сближены друг с другом, а 2 другие связи относятся к разным аминокислотам.

На страницу третьего семестра