Алгоритмы множественного выравнивания.Pfam

Задание 1. Различия в множественных выравниваниях.

Для этого задания я использовала белки из практикума 10. В таблице 1 приведены основные данные этих белков.

Entry	Entry name	Protein names	Length	Organism	Superkingdom
Q07US6	DNAK_RHOP5	Chaperone protein DnaK (HSP70)	633	Rhodopseudomonas palustris (strain BisA53)	Bacteria
A1T2S3	DNAK_MYCVP	Chaperone protein DnaK (HSP70)	622	Mycobacterium vanbaalenii (strain DSM 7251 / PYR-1)	Bacteria
O65719	HSP7C_ARATH	Heat shock 70 kDa protein 3	649	Arabidopsis thaliana (Mouse-ear cress)	Eukaryota
P27541	HSP70_BRUMA	Heat shock 70 kDa protein	644	Brugia malayi (Filarial nematode worm)	Eukaryota
Q9HRY2	DNAK_HALSA	Chaperone protein DnaK (HSP70)	629	Halobacterium salinarum (strain ATCC 700922 / JCM 11081 / NRC-1) (Halobacterium halobium)	Archaea
Q97BG8	DNAK_THEVO	Chaperone protein DnaK (HSP70)	613	Thermoplasma volcanium (strain ATCC 51530 / DSM 4299 / JCM 9571 / NBRC 15438 / GSS1)	Archaea

Таблица 1.Основные данные.

Я использовала 4 программы для выравниваний: Tcoffee with Defaults, Probcons with Defaults, Muscle with Defaults и Crustal with Defaults. Выравнивания раскрашены по сехеме Crustalx без порога. Выравнивания целиком можно посмотреть по ссылке или нажав на рисунки.

Рисунок 1. Начало выравниваний.

Рисунок 2. Конец выравниваний.

Видно, что выравнивания отличаются, но в разной степени. Первые два весьма схожи, в то время как первое и последнее различаются сильно. Я буду сравнивать 2 выравнивания - Tcoffee with Defaults и Muscle with Defaults.

• Различие в гэпах в начале и конце последовательностей. Видно, что программа Muscle with Defaults не выравнивает начала последовательностей до первого консервативного блока, в то время как программа Tcoffee with Defaults выравнивает первые 2 позиции, после чего проставляет необходимое число символов гэпа в позициях 3-7 до первого блока (который начинается с 8 позиции). То же самое проихожит с концом.
  То есть программе Muscle with Defaults предпочтительнее начинать с гэпов (и тем самым уменьшать их число внутри последовательности), а программе Tcoffee with Defaults - наоборот.
• Позиции 84-86. Обе программы как-то выравнивают все последовательности относительно предпоследней, в которой, видимо, промзошла вставка. То есть во всех остальных последовательностях требуется проставить гэпы. Программа Tcoffee with Defaults проставляет их в 86 позиции, Muscle with Defaults - в 84.
• Позиции 606-608. Программа Muscle with Defaults проставляет больше символов гэпа в 1, 2, 5 и 6 последовательностях, чтобы в 609 позиции получить функционально-консервативную (почти) позицию из E и D (глутамата и аспартата). Причем обе программы ставят одинаковое число символов гэпа, но в Tcoffee получается больше самих гэпов.

Просмотреть выравнивания целиком:
• Tcoffee with Defaults
• Probcons with Defaults
• Muscle with Defaults
• Crustal with Defaults
• Скачать проект
• Все выравнивания вместе

Задание 2. Белки с одинаковым доменом

В Pfam я нашла свой белок - CRISPR-assotiated endonuclease Cas9, взятый из организма Mycoplasma. Он состоит из четырех доменов (см рисунок 3 и рисунок 4).

Рисунок 3. Доменная архитектура моего белка.

Рисунок 4. Данные.	Рисунок 5. Примеры белков с данной архитектурой.

Теперь вкратце про каждый домен.
• BH - Bridge helix (ID: PF16593). Это альфа-спираль, соединяющая 2 домена. Домены положительно заряжены, что позволяет им удерживать отрицательно заряженную направляющую РНК (см. ссылку).
• Rec lobe (ID: PF16592). На самом деле, этот "домен" состоит из 2 доменов: REC1 и REC2. REC1 образует вытянутую структуру, состоящую из 25 Альфа-спиралей и двух бета-листов. REC2 находится внутри REC1 и представляет собой связку 6 альфа-спиралей. Как уже было сказано, REC обладает отрицательным зарядом, что позволяет ему притягивать напрявляющую одноцепочечную РНК (см. ссылку).
• HNH endonuclease (ID: PF13395). Эндонуклеаза, которая соответственно режет комплементарную направляющей РНК цепь ДНК. (см. ссылку).
• PI - PAM-interacting domain (PAM - protospacer adjacent motif, ID: PF16595). PAM - это небольшой участок ДНК, который непосредственно прилегает к участку, которому соответствует направляющая РНК. Он есть только на чужеродных ДНК, ДНК бактерии его не содержат. Соответственно, данный домен узнает PAM на ДНК - на цепи, не комплементарной РНК (см. ссылку).

Я решила искать белки, в состав которых входит домен Cas9_Rec (все эти белки - это эндонуклеазы Cas9, входящие в CRISPR-систему). Всего поиск выдал 6 видов доменных архитектур, включая архитектуру моего белка (см ссылку), но следует понимать, что один тип архитектуры - это порядок, число и имена доменов, делеции фрагментов доменов не учитываются (то есть входят в один тип архитектуры), в отличие от дупликаций. Я опишу три архитектуры.

1. 
   

   

   Рисунок 6.

   Мой белок (рисунок 6). Состоит из 4 доменов. Белков, содержащих домен Cas9_REC с такой доменной архитектурой, больше всего - 99 белков.

2. 
   

   

   Рисунок 7.

   Другой вариант. Присутствуют всего два домена из четырех моего белка (Cas9_REC и HNH_4), причем произошла делеция конца и начала домена Cas9_REC.

3. 
   

   

   Рисунок 8.

   Самый редко встречающийся вариант (всего 1 белок). В нем присутствуют все 4 домена моего белка, при этом фрагмент домена Cas9_REC дуплицировался.

НАЗАД ➜

© <Рюмина Екатерина>, 2017