Исследование ДНК-белковых взаимодействий в структуре комплекса глюкокортикоидного рецептора с ДНК

Краткое описание структуры в файле 1R4O.pdb

В файле приведены координаты атомов следующих молекул: ДНК-связывающий домен белка-глюкокортикоидного рецептора и ДНК (RATTUS NORVEGICUS, система экспрессиии ESCHERICHIA COLI).
Для исследования были выбраны цепи А и В белка и цепи С и D, представляющие ДНК со следующей последовательностью:


цепь C [1] 5' -    CCAGAACATCGATGTTCTG- - 3' [19] 
                    ||||||||||||||||||  
цепь D [19] 3' -   -GTCTTGTAGCTACAAGACC - 5' [1],
    

где 1 и 19 - номера первого и последнего нуклеотида.


Функции белка, структура которого представлена в файле 1R4O.pdb

Данный белок связывается с короткой последовательностью ДНК, и таким образом достигается регуляция транскрипции глюкокортикоидных гормонов. Может быть модулятором и других факторов транскрипции. Оказывает влияние на воспалительные процессы, клеточное деление и дифференциацию тканей. Играет существенную роль в регуляции роста тела.

Исследование структуры ДНК

С помощью программ find_pair и analyze было определено, что это В-форма ДНК.

Cредние значения торсионных углов для внутренних нуклеотидов (для всех, кроме краевых).


Cамый "кривой", на мой взгляд, нуклеотид со значениями торсионных углов, наиболее отклоняющимися от средних - это цитозин 10 цепи D. Из приведенной таблицы видно, что значения торсионных углов отклоняются от средних, и, очевидно, эта деформация вызвана связыванием ДНК с белком. Но несмотря на это, все же отчетливо видно, что это В-форма.

Расчеты были проведены в Excel

Исследование природы ДНК-белковых контактов

Скрипт с определенными множествами атомов:

load 1R4O.pdb
restrict dna
center dna
zoom 200
backbone 40
cpk off
pause
define set2 (*.O?P and dna)
select set2
cpk 70
color cpk
pause
define set1 (*.O?? and (not *.O?) and (not set2) and dna)
select set1
cpk 70
color orange
pause
define set3 (*.N? and dna)
select set3
cpk 70
color blue

Контакты разных типов в ДНК-белковом комплексе 1R4O.pdb



контакты атомов белка с	полярные	неполярные	всего
остатками 2'-дезоксирибозы	1	26	27
остатками фосфорной кислоты	13	14	27
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	0	1	1
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	3	2	5



ДНК связана с беком в основном через остатки фосфорной кислоты и дезоксирибозы, в то время как азотистые основания играют здесь незначительную роль. Очевидно, что среди ДНК-белковых взаимодействий преобладают неполярные. Контакты определялись при помощи скрипта



Популярная схема ДНК-белковых контактов, полученная с помощью nucplot


использованная команда: nucplot 1R4O_old.pdb



Результаты, полученные при помощи nucplot и RasMol, немного отличаются вероятно из-за того, что мы определяем наличие и вид контакта достаточно грубо и приближенно, исходя в основном из расстояния между атомами, что, естественно, не всегда верно.



Возможный(е) распознающий(е) контакт(ы)

Аминокислотный остаток с наибольшим числом указанных на схеме контактов с ДНК - лизин 461 из цепи А:


LYS461:A и контактирующий с ним G4:C

Аминокислотный остаток, наиболее важный, на мой взгляд, для распознавания ДНК - это ARG466:A, т.к. он связан с самим азотистым основанием, а не с сахарофосфатным остовом, причем двумя водородными связями. К тому же из рисунка видно, что аминокислотный остаток заходит глубоко в большую бороздку ДНК, что, как мне кажется, свидетельствует о его прочном контакте с ДНК.

Возможный распознающий контакт.



Характеристика ДНК-связывающего домена - глюкокортикоидного рецептора (UniProt ID P06536)

Доменная структура белка из исследуемого комплекса:

Небольшая (около 65 остатков) высококонсервативная средняя часть белка - это ДНК-связывающий домен, служащий для связывания последовательностей ДНК, играет важную роль в гомо- и димеризации и взаимодействии с другими белками. Весь белок входит в суперсемейство белков-регуляторов транскрипции, вовлеченных в различные физиологические процессы, такие как регуляция эмбрионального развития, дифференциации клеток и поддержание гомеостаза. Эти гормоны чрезвычайно важны для медицинских исследований, т.к. огромное их количество прямо или косвенно связано с такими заболеваниями, как рак, диабет, а также с различными гормональными нарушениями.