Знакомство с базой данных OPM

Для работы я выбрала белок гасдермин D человека, топология которого соответствует бета-бочонку (β-barrel). Он принимает участие в воспалении, конкретно, в пироптозе (некроз, запускаемый различными каспазами), формируя поры в погибающих клетках [1].

У гасдермина D 33 субъединицы, поэтому трансмембранных участков больше, но они имеют одинаковые координаты.

Выдача сервиса представлена ниже в виде таблицы.

sorry :c
Изображение, сгенерированное сервисом OPM и обработанное в PyMol. Отдельная субъединица выделена цветом. Внешняя часть мембраны показана красным цветом, синим -- внутренняя.
Параметры Значение
PDB ID 6VFE
Uniprot ID GSDMD_HUMAN
Мембрана, в которой находится белок Мембрана клеток человека
Толщина гидрофобной части белка 19.4 Å, совпадает с измеренной с помощью Pymol. Эта величина является толщиной мембраны
Координаты трансмембранных участков (для одной субъединицы) 91-97, 103-108,180-186, 191-197
Среднее количество остатков в одном β-тяже белка 6.75
Общее количество трасмембранных участков 132
Разрешение 3.9 EM

Предсказание трансмембранных элементов по последовательности белка

Для данного задания мне был предложен α-спиральный белок с идентификатором MFS55_MYCTO. β-листовой белок остался неизменным -- его идентификатор GSDMD_HUMAN. С помощью сервиса DeepTMHMM было проведено предсказание трансмембранных элементов по последовательности указанных белков. На вход подавались fasta-файлы с последовательностями: alpha.fasta, beta.fasta. Текстовые выдачи программы представлены здесь: alpha.txt, beta.txt

sorry :c
В верхней части картинки изображена наиболее вероятная топология трансмембранного участка, по горизонтальной оси отложены номера аминокислот белка. В данном случае это 14 альфа-спиралей. Нижнее изображение показывает вероятность, с которой данная аминокислота лежит в том или ином положении относительно мембраны, разные положения обозначены цветами (снаружи, внутри и в мембране).
sorry :c
Внезапно, но для данного белка вообще не было предсказано трансмембранных участков (для справки, в fasta-файле находится 1 субъединица). Интересно, что до активации и образования поры субъединицы гасдермина D находятся в растворимом состоянии [1], вероятно, с этим связано плохое предсказание.

Предсказание положения выданного белка в мембране

С помощью сервиса PPM было построено предсказание положения белков GSDMD_HUMAN (использовала .pdb-файл, содерщащий все субъединицы) и MFS55_MYCTO (структура сгенерирована AlphaFold), с которыми я работала ранее, чтобы сравнить предсказания с теми, которыми были сделаны сервисом DeepTMHMM. Параметры для запуска выбраны следующие:

sorry :c
Предсказание для бета-листового белка. Для одной субъединицы предсказания по факту не было -- был предложен участок длиною 2 аминокислоты. Для всего комплекса была получена следующая картина (она считалась очень долго!). Обозначения аналогичны тем, что были приведены в пункте 1.
Параметр Значение
Идентификатор белка GSDMD_HUMAN
Толщина гидрофобной части белка 21.7 ± 0.4 Å
Координаты трансмембранных участков (для одной субъединицы) 1(91-97), 2(103-108), 3(180-187), 4(191-197)
Количество трансмембранных участков 4 для одной субъединицы, 132 для комплекса
Среднее количество остатков в одном трансмембранном сегменте 7
ΔGпереноса -23.5 ккал/моль

Сразу прокомментирую результаты. При сравнении выдач для альфа-спирального белка оказалось, что предсказания довольно близки. Количество трансмембранных участков одинаково, но немного различается длина: 21.6 у DeepTMHMM против 21.9 у PPM. Стоит отметить, что струткура была получена с помощью сервиса AlphaFold, и структура трансмембранных сегментов предсказывается с большим уровнем уверенности (70-90, >90 для большинства участков), так что ошибки предсказания самой структуры вряд ли могли повлиять на итоговый результат.

Что касается гасдермина (GSDMD_HUMAN), предсказания PPM близки к реальным: координаты трансмембранных сегментов почти совпадают, собственно, как и их длины. Сам мультисубъединичный комплекс при этом располагается в мебмране слегка по-другому, оказываясь сдвинутым таким образом, что нижние (близкие к внутренней части клетки) сегменты практически не выходят за пределы мембраны, хотя этот момент присутствует в реальной структуре. При использовании другого сервиса -- DeepTMHMM, предсказания вообще не было. Я думаю, объяснение кроется в том, что данный белок встраивается в мембрану только в олигомеризованном состоянии, а сам мономер плавает в мембране. Возможно, остатки соседних субъединиц взаимодействуют друг с другом (ионные/водородные связи), что позволяет белку находиться в мембране без происшествий.

sorry :c
Предсказанное с помощью PPM расположение белка в мембране. Обозначения аналогичны тем, что использовались в пункте 1.
Параметр Значение
Идентификатор белка MFS55_MYCTO
Толщина гидрофобной части белка 30.5 ± 0.8 Å (ширина мембраны)
Координаты трансмембранных участков 1(7-30), 2(47-69), 3(75-95), 4(102-123), 5(140-164), 6(168-188), 7(203-221), 8(233-253), 9(272-293), 10(308-329), 11(334-355), 12(376-395), 13(409-432), 14(473-492)
Количество трансмембранных участков 14
Среднее количество остатков в одном трансмембранном сегменте 21.9

Источники

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/GSDMD

I don't know how to make footer properly. You may as well pretend you haven't seen this phrase!

↩ К странице семестров