Трансмембранные белки

1. База данных OPM

В базе данных Orientations of Proteins in Membranes (OPM) найден белок D2 dopamine receptor (6cm4), содержащий в трансмембранной части альфа-спирали. Дофаминовый D2-рецептор — один из пяти известных типов дофаминовых рецепторов, наиболее известный тем, что является мишенью антипсихотических лекарств. Принадлежит к классу D2-подобных рецепторов и ингибирует аденилатциклазу - фермент, катализирующий превращение АТФ в 3',5'-цАМФ (циклическую форму АМФ) с образованием пирофосфата.

Таблица 1. Характеристика дофаминового рецептора D2

Толщина гидрофобной части белка	33.0 ± 2.0 А
Координаты трансмембранных спиралей	1(37-57), 2(71-96), 3(106-131), 4(152-172), 5(188-214), 6(374-395), 7(406-429)
Среднее количество остатков в одной трансмембранной спирали белка	24
В какой мембране находится белок	Пронизывает цитоплазматическую мембрану эукариот (в данном случае белок принадлежит Homo sapiens)

Рисунок 1. Дофаминовый D2-рецептор в мембране

Как пример белка, содержащего в трансмембранной части бета-тяжи, выбран Porin MspA (1uun). MspА порин - это мембранный порин, принадлежащий Mycobacteria, позволяющий гидрофильным питательным веществам проникать в бактерию.

Таблица 2. Характеристика микобактериального порина (1UUN)

Толщина гидрофобной части мембраны	40.7 ± 2.1 А
Координаты трансмембранных спиралей	A - Tilt: 54° - Segments: 1(74-83), 2(111-119) B - Tilt: 54° - Segments: 1(74-83), 2(111-119) E - Tilt: 54° - Segments: 1(74-83), 2(111-119) F - Tilt: 54° - Segments: 1(74-83), 2(111-119) H - Tilt: 54° - Segments: 1(74-83), 2(111-119) G - Tilt: 54° - Segments: 1(74-83), 2(111-119) D - Tilt: 54° - Segments: 1(74-83), 2(111-119) C - Tilt: 54° - Segments: 1(74-83), 2(111-119)
Среднее количество остатков в одном бета-тяже белка	10
В какой мембране находится белок	Бактериальная Грам-положительная наружная мембрана (в данном случае порин принадлежит Mycobacterium smegmatis)

Рисунок 2. Микобактериальный порин

2. Анализ предсказания трансмембранных спиралей

С помощью сервисов TMHMM и Phobius по последовательности белка из первого пункта дофаминового рецептора D2 (6cm4) в fasta формате были предсказаны трансмембранные спирали. Выдача программ приведена на рисунках ниже.

Текстовая выдача TMHMM: сначала идёт статистика некоторых параметров для данного белка. Длина аминокислотной последовательности - 430. Число предсказанных трансмембранных участков - 7. Количество аминокислот входящих в трансмембранные спирали - 157,5. Затем выдача по локализации и номерам остатков, где TMhelix - трансмембранная часть белка, inside - часть белка, обращенная в цитоплазму, outside - часть белка, обращенная наружу клетки. Графическая выдача отражает вероятность того, что та или иная часть белка находится в определенном взаимоотношении с мембраной. По y отмечена вероятность, по x - аминокислотные остатки белка. Красным цветом отмечены трансмембранные части, розовым - обращённые наружу, синим - обращённые внутрь.

Рисунок 3. Текстовая выдача TMHMM

Рисунок 4. Графическая выдача TMHMM

В Phobius текстовая выдача это разметка белка по аминокислотным остаткам и предсказание локализации - обращён в цитоплазму или наружу. Графическая выдача по смыслу аналогична выдаче TMHMM, единственное - изменились цветовые обозначения. Серый - трансмембранная часть белка, зелёный - обращенная внутрь, синий - наружу. Красные цвет - сигнальная последовательность.

Рисунок 5. Текстовая выдача Phobius

Рисунок 6. Графическая выдача Phobius

Обе программы выдают 7 спиралей, что совпадает с реальным их количеством. При этом обе ошибаются и добавляют несуществующие спирали (4-25 и 6-25) или ошибаются в координатах. Но если сравнить их выдачу не с реальной структурой из пункта 1, а между собой, то можно увидеть, что все координаты совпадают ± 2 остатка. Графическая выдача у них также очень похожа.

3. База данных TCDB

TCBD (transporter classification database) - база данных для транспортерных белков. В ней искались белки из пункта 1. Был найден только 1uun - микобактериальный порин AC Q9RLP7, TCID 1.B.24.1.1 1.B.24.1.1. M. smegmatis porin, MspA (катион селективный из-за высокой плотности отрицательных зарядов в зоне сужения, но он переносит глюкозу, серин, гидрофильные бета-лактамы и (медленно) фосфат). Паралог MspC, похоже, имеет ту же специфичность, что и MspA. Оба могут также переносить фторхинолоны и хлорамфеникол, но не эритромицин, канамицин и ванкомицин, которые крупнее. 3-я структура известна (PDB # 1UUN). Это бета-бочка с N- и С-концами снаружи, цепь закручивается против часовой стрелки вокруг центральной поры. Обе эти характеристики противоположны у большинства грамотрицательных бактериальных бета-бочек. Если говорить об идентификаторе, TC-код состоит из 5 компонентов: V.W.X.Y.Z. V (число) - класс транспортера, W (буква) - подкласс, X (число) - семейство, Y (число) - подсемейство, а Z - транспортеру со специфическими субстратамито. 1.B.24 означает семейство Mycobacterial Porin (MBP), 1.B - подкласс поринов бета-бочек, 1 - класс каналы/поры.

Источники