Мембранные белки
Анализ множественного выравнивания трансмембранных белков
Главное действующее лицо: Na+/H+ антипортер, цепь В (идентификатор в PDB: 4cz9).
Задание 1. Проверка корректности предсказания трансмембранных доменов сервисом TMHMM.
Для указанного выше белка была получена репрезентативная выборка гомологов с помощью поиска BLAST на сайте EMBL EBI по кластерам UniRef50.
Репрезентативная выборка содержит 199 гомологов, E-value худшей находки: 2.9E-21.
Затем было получено множественное выравнивание гомологов и самого белка программой Muscle.
Не все последовательности хорошо выровнялись, потребовалось удалить короткие белки.
Идентификаторы удаленных коротких белков: UPI000684ACF8 (226), F5L4X7 (387), A0A0P9GT44 (454), I6Y695 (483), UPI000686D53D (197), A0A0Q4RGZ5 (411), UPI0004036C3D (287), UPI000470D2F9 (334), U2JDR4 (256), T1CKJ1 (231), UPI000695CD72 (215), L0DYM5 (402), W4L5J6 (355)
Идентификаторы белков, которые были совсем плохо выровнены: G7XSI3.
Тем не менее, даже после удаления примерно 40% оставшихся последовательностей выровнены значительно хуже остальных. Файл с итоговым выравниванием: fasta.
С выравниванием можно ознакомиться в проекте JalView: финальная версия выравнивания - окно "align_cut".
Выравнивание было добавлено в программу JalView. Первой последовательностью в выравнивании является последовательность исходного белка, с ней ассоциирована 3D-структура данного белка, в соответствии с которой были размечены трансмембранные спирали (буква "М" в сроке аннотаций "TM_REAL").
Позиции, соответствующие трансмембранным спиралям, в основном представлены гидрофобными аминокислотами и являются довольно хорошо консервативными (правда, в случае гидрофобных остатков по большей части сохраняется лишь функциональная консервативность).
Участки между спиралями, напротив, являются вариативными, консервативность минимальная. Причем сильно варьирут не только остатки, но и длины участков, особенно крайних.
Интересно, что в трансмембранных участках присутствуют полярные и даже заряженные аминокислоты (к слову, их позиции часто являются абсолютно консервативными). Присутствие этих остатков (в частности, отрицательно заряженных) в трансмембранных гидрофобных участках может быть обусловлено функцией белка, а именно взаимодействием с положительно-заряженными ионами Na и протонами (Рис. 1).
* - раскраска была установлена с помощью скрипта JMol, так как имеющиеся варианты не подходили, а задать свою схему через опцию User defined не удалось. Порог Above Identity Threshold не установлен, так как при его включении раскраска пропадает совсем. Заряд межмембранных участков в целом соответсвует ориентации n(+)/p(-).
Затем для гомолога L0HLR1 было получено предсказание трансмембранных доменов с помощью сервиса TMHMM. Результат предсказания - разметка трансмембранных спиралей в строке аннотаций "TM_PREDICTION" (буква "Р").
В целом, предсказание самих участков, по большей части, совпадает с реальностью. Некоторые трансмембранные домены размечены даже точнее, чем это сделала я. Однако присутствует место (позиции выравнивания 1055-1056 - отмечены буквой "F" в строке FATAL_ERROR), где программа выделяет один большой домен, а я разделила на 2 домена, так как там идет петля, а не спираль, причем в составе почти нет гидрофобных остатков. И ровно с этого места идет ошибка в предсказании того, куда обращены участки между спиралями. Думаю, эта ошибка связана с тем, что программа "хочет" видеть трансмембранные участки приблизительно одинаковой длины: 20-22 остатка (потому что таковыми они обычно и бывают). Еще одна мысль по этому поводу: программа не учитывает пространственную укладку белка, то есть белок может так изогнуться, что ориентация межмембранных участков изменится.