Функциональная роль гена в подсистеме. GO, SEED

Функциональная роль гена в подсистеме. GO, SEED

На сайте Uniprot нашла информацию о своем белке - P80153. Это АТФаза YscN из секреторной системы III типа у Xanthomonas euvesicatoria, необходима для основной патогенетичности в устойчивых растениях. Может функционировать как АТФаза, относящаяся к транспортному аппарату, а не как часть протонной помпы. Система секреции III типа (T3SS) гомологична мотору (базальному телу) бактериальных жгутиков. Она подобна молекулярному шприцу, через который бактерия может впрыснуть белки в эукариотические клетки. Низкая концентрация ионов Ca в цитозоле открывает «ворота», которые регулируют TTSS. Несколько ключевых элементов есть во всех T3SS: игольчатый мономер, внутренний стержень иглы, кольцевые белки, два транслокатора, белок иглы-наконечника, управляющий белок и АТФ-аза, которая поставляет энергию для секреции. [1]

Рисунок 1. Схема систем I, II и III типа секреции.

Нашла идентификаторы GO и стала изучать их по базе данных GO. Полученные данные привела в таблице 1.

Таблица 1. Расшифровка терминов GO

Идентификатор GO	Термин	Определение	Тип идентификатора	Синонимы
GO:0005737	cytoplasm	Содержимое клетки, за исключением плазматической мемраны и ядра, но включающее в себя остальные клеточные структуры	Компонент клетки	Нет
GO:0030257	type III protein secretion system complex	Комплекс из приблизительно 20 белков, большая часть которых находится в цитоплазматической мембране, выполняющий секрецию белков по бактериальному типу секреции III; также система секреции III нуждается в цитоплазматической мембранно-ассоциированной мембране	Компонент клетки	T3SS complex TTSS complex
GO:0005524	ATP binding	Селективное и нековалентное взаимодействие с АТФ, аденозин 5'-трифосфатом	Молекулярная функция	Нет
GO:0046961	proton-transporting ATPase activity, rotational mechanism	Катализ транспорта протонов с одной стороны мембраны на другую согласно реакции ATP + H2O + H+(in) = ADP + phosphate + H+(out), с помощью механизма вращения	Молекулярная функция	ATP phosphohydrolase (H+-transporting) activity H(+)-transporting ATP synthase activity H+-transporting ATPase activity hydrogen ion transporting ATPase activity, rotational mechanism coupling factors (Fo, F1 and CF1) F(0)F(1)-ATPase activity F(1)-ATPase activity F(o)F(1)-ATPase activity F0F1-ATPase F1-ATPase FoF1-ATPase H+-transporting two-sector ATPase bacterial Ca2+/Mg2+ ATPase chloroplast ATPase activity hydrogen ion translocating A-type ATPase activity hydrogen ion translocating F-type ATPase activity hydrogen ion translocating V-type ATPase activity hydrogen ion transporting two-sector ATPase activity mitochondrial ATPase activity ATP synthase activity H(+)-transporting ATPase activity
GO:0006754	ATP biosynthetic process	Химические реакции и пути, ведущие к образованию АТФ	Биологический процесс	ATP anabolism ATP biosynthesis ATP formation ATP synthesis ATP regeneration
GO:0034053	modulation by symbiont of host defense-related programmed cell death	Любой процесс, используемый организмом для изменения частоты, уровня или степени связанной с защитой программируемой клеточной смерти в организме хозяина. Хозяин определяется как больший из организмов, вовлеченных в симбиотические отношения	Биологический процесс	modulation by symbiont of host defense-related PCD modulation by symbiont of host HR modulation by symbiont of host hypersensitive response modulation by symbiont of plant HR modulation by symbiont of plant hypersensitive response
GO:0030254	protein secretion by the type III secretion system	Процесс, в ходе которого белки переносятся в клеточное окружение или прямо в клетку-хозяина с помощью бактериальной системы секреции типа III; секреция представляет собой непрерывный процесс без отдельных периплазматических интермедиатов и включает протеолитический процессинг секретируемых белков.	Биологический процесс	protein secretion by the T3S protein secretion by the T3SS protein secretion by the TTSS protein secretion by the type III protein secretion system type III protein secretion system

С помощью BLAST нашла гомологов моего белка и для них определила термины GO. Поиск проводился с параметрами E-value 0,001, база данных Swissprot, и таксономически были исключены протеобактерии. Ближайшими гомологами оказались белки: P23445, Bacillus subtilis; O83417, Treponema pallidum; P52607, Borrelia burgdorferi; O67531, Aquifex aeolicus. Все они представляют собой (предположительно) каталитическую субъединицу протеин-транслоказы для флагелло-специфичного транспорта или протон-транслоказу, обслуживающую флагеллу. Схема каталитической активности при этом остается такой же, как и в моем белке. Термины GO остались прежними, но с добавлением терминов, относящихся к флагелле. Они приведены ниже, в таблице 2.

Таблица 2. Расшифровка терминов GO

Идентификатор GO	Термин	Определение	Тип идентификатора	Синонимы
GO:0009288	bacterial-type flagellum	Моторный комплекс, состоящий из внеклеточных спиральных белковых филаментов, соединенных с вращающимся мотором, встроенным в клеточную оболочку	Компонент клетки	flagellin-based flagellum
GO:0044781	bacterial-type flagellum organization	Процесс, который осуществляется на клеточном уровне, что приводит к сборке и расположению составных частей, или разборки бактериального типа жгутика, двигательного комплекса, состоящего из внеклеточного спирального белка, соединенного с вращающимся мотором, встроенным в клеточную оболочку, обеспечивающий подвижность клеток	Биологический процесс	Нет

Нашла систему, используя KEGG; для этого взяла ORFname из поля GN записи Uniprot (hrpB6). Далее по идентификатору ORFname нашла идентификатор пути - cto02040. Ниже представлена схема бактериальной системы секреции типа III (рисунок 2).

Рисунок 2. Схема бактериальной системы секреции типа III

К сожалению, генома бактерии, из которой взят мой белок, в базе SEED не нашлось, поэтому я решила исследовать тот же белок в родственном организме - Xanthomonas campestris.

На сайте SEED прошла по ссылке на найденный ген. Открылось графическое окно с четырьмя гомологами из разных геномов. Установила Number of regions = 50. E-value cut off поставила 1e-20. Отобрала 15 гомологов с разными окрестностями гомологов данного гена. Увеличила размер окрестности до 30000 п.н., т.е. +-15000 п.н. Получила изображение карты окрестностей выбранных гомологов (рис. 3).

Рисунок 3. Карта окрестности гомологов моего гена (ссылка).

Выравнивание ортологов сгенеририровала по ссылке Sequence > Align. Сохранила выравнивание в формате Clustal и проект Jalview. Ниже приведено изображение выравнивания с раскраской ClustalX и порогом консервативности 30%. (рисунок 4)

Рисунок 4. Выравнивание гомологов моего гена

По ссылке Tabular Region information получила таблицу всех генов окрестностей. Скачала ее и открыла в Excel. Построила сводную таблицу: по строкам – геномы, по столбцам – группы ортологов, тех, которые отмечены одним цветом и имеют один номер (колонка Set). Оставила только гены, относящиеся к подсистеме III типа секреции. Ниже привожу результаты сводной таблицы (таблица 3):

Таблица 3. Результаты сводной таблицы по находкам в базе данных SEED

Номер	Единица	Количество встреч
1	YscN	15
2	YscT	7
4	YscU	7
7	YscJ	5
10	LcrD	5
12, 19	YscL	6
14	YscQ	3
16	YscS	3
17	YscC	3
21	YscS	2
25	HrpF	2

Выводы:

Гены из подсистемы, как видно из рисунка 3, колокализованы (можно соотнести номера над серыми прямоугольниками на картинке и номерами в таблице 3). Колокализация возникает из-за необходимости одновременно транскрибировать и транслировать гены системы секреции. Есть гены, которые находятся на другой цепи; видимо, это приспособление нужно для регуляции транскрипции; (4) YscU и (10) LcrD - белки, формирующие канал, в некоторых случаях находятся на другой цепи; (17) YscC - формирует пору, и эта функция объясняет возможность задержки транскрипции этого белка; (25) HrpF - отвечает за транслокацию эффекторных белков - скорее всего, его функция должна использоваться нечасто и с осторожностью. (7) YscJ - мостик между двумя мембранами, (12, 19) YscL - цитоплазматический белок, скорее всего, нужны для стабильности образовывающегося комплекса секреции, поэтому они находятся ближе всего к исследуемому белку и транскрибируются одновременно.