РСА vs ЯМР

Задание 1

Мне было предложено работать со структурами 6M2C (РСА) и 6K2K (ЯМР), содержащими RING-домен белка MUL1. Разрешение структуры 2.70 Å. Структура, полученная методом РСА, также содержит белок UBE2D2. К слову, RING расшифровывается как Really Interesting New Gene!

В качестве водородной связи между элементами остова в альфа-спирали или бета-листе, я выбрала связь между N VAL-313 (акцептор) и O ILE-347 (донор) в бета-листе. В соответствующей ЯМР-структуре видим "на глаз", что эта водородная связь сохраняется во всех моделях и ее длина слабо варьируется (см рис.1).

Рис.1 Положение двух аминокислот, образующих водородную связь внутри остова

Для поиска связи между боковыми радикалами аминокислот в ядре белка был выполнен автоматический поиск полярных контактов в PyMOL между боковыми цепями. В результате была найдена одна ☺ предположительная водородная связь между OG SER-311 (акцептор) и OG1 THR-324 (донор). Она показана на Рис.2. При этом угол водородной связи составляет около 122°, что выходит за допустимые пределы, к тому же, эти остатки не сильно подвижны по сравнению с остальной структурой (см рис.3), но если смотреть на абсолютные значения, окажется, что "baseline" для B-факторра у структуры довольно высокий, в районе 30.

Рис.2 Водородная связь между боковыми цепями

Рис.3 Окраска белка по b-фактору, показаны боковые цепи SER-311 и THR-324. Красный цвет соответствует меньшему (!) b-фактору, синий - большему.

В ЯМР-моделях при этом водородной связи нет: превышается верхний порог на расстояние (минимальное - 3.56 Å) и неправильный угол водородной связи (к тому же, потенциальные участники меняются ролями (донор и акцептор) - см. рис.4).

Поиск связи между атомами выходящих на поверхность петель глобулы также проводился с помощью средств PyMOL для обнаружения полярных контактов. Я выбрала связь между остовом двух петель, образуемую N ILE-343 (акцептор) и O LYS-334 (донор).

Рис.4 Наложение ЯМР-моделей для аминокислот, участвующих в образовании совместной водородной связи своими боковыми радикалами. Показана модель с наименьшим расстоянием между атомами OG и OG.

Рис.5 Водородная связь между атомами остова двух петель.

Результаты вышеприведенных измерений собраны в Таблице 1. Соответствующие PyMOL-сессии: РСА, ЯМР.

Таблица 1
Элемент вторичной структуры	Номера и тип остатков, образующих водородную связь	Расстояние в РСА	Среднее расстояние в ЯМР	% ЯМР-моделей, в которых есть водородная связь	Минимальное, медианное и максимальное расстояние в ЯМР-моделях
Бета слой (остов)	N VAL-313 (акцептор) и O ILE-347 (донор)	2.9 Å	2.82 Å (20 моделей)	100	2.77 Å, 2.89 Å, 2.92 Å
Боковые цепи в ядре белка	OG SER-311 (акцептор) и OG1 THR-324 (донор)	2.9 Å	4.52 Å	0	3.56 Å, 4.6 Å, 5.98 Å
Петли на поверхности глобулы (остов-остов)	N ILE-343 (акцептор) и O LYS-334 (донор)	2.9 Å	3.11 Å	100	2.9 Å, 3.14 Å, 3.21 Å

Задание 2

В данном задании будем рассматривать взаимосвязь RMSF (Root Mean Square Fluctuation) и B-факторов с помощью библиотеки ProDy. Поскольку в ассиметрической ячекйке имеется 4 рассматриваемых белка, значения B-факторов усредняются по ним. Также были удалены небелковые молекулы: вода и ионы, в остальном, помимо 2 дополнительных аминокислот на N-конце белка в ЯМР-структуре, белки совпали. Ниже приведены результаты для усредненного значения B-факторов по аминокислотному остатку и цепи. Видим, что наблюдается корреляция между значениями RMSF для ЯМР- структуры и усредненных B-факторов для структуры, полученной методом РСА (r=0.62, p-value << 0.05). Также стоит отметить, что большая часть значений концентрируется в левой нижней области графика, соответствующей низким значениями как B-фактора, так и RMSF, что соответствует меньшей подвижности как в полученной кристаллографическим методом структуре, так и в структуре, полученной методом ЯМР.

Рис.6 График зависмости B-факторов и RMSF, указан коэффициент корреляции Пирсона и соответствующее p-value

Заметим, что поскольку белок небольшой (55 аминокислот в РСА-модели и 57 в ЯМР-модели), то число точек, соответствующих высоким значениям RMSF и/или B-факторов, не достигает и десятка, что немного, поэтому к таким результатам стоит относится с осторожностью. Хотя взаимосвязь RMSF ЯМР-модели и B-факторов РСА-моделей наблюдается "в целом" и описывается линейным уравнением, с чем согласуются полученные в данном практикуме результаты. Последним замечанием будет то, что значения B-факторов для РСА-модели довольно высокие: ниже 30 (см. Рис.6) не имеется. Думаю, это, опять же, связано с небольшими размерами белка.

Также посмотрим на зависимости отдельно по цепям, а не усредненные. Мы ожидаем, что корреляция будет наблюдаться во всех четырех случаях. Это и правда так.

Рис.7 График зависмости B-факторов и RMSF, указан коэффициент корреляции Пирсона и соответствующее p-value

Также прикладываю ноутбук для этого этого и предыдущего задания.

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