Мембранные белки.

Построение выравнивания исследуемого белка с заданным прототипом.

Задание: Необходимо предсказать 2-мя способами топологию мембранного белка и сравнить предсказание с 3D-структурой данного белка или его близкого гомолога. Для этого внчле надо построить выравнивание исследуемого белка с заданным прототипом.
Результаты: ID SwissProt исследуемого белка — AQP1_PIG
AC SwissProt исследуемого белка — Q6PQZ1
Последовательность исследуемого белка была получена в результате выполнения следующей команды в ОС UNIX:
seqret sw: Q6PQZ1
Последовательность белка-прототипа была получена анологичной командой.
Попарное выравнивание белковых последовательностей строилось с помощью программы needle:
needle Q6PQZ1.fasta AQP1_Human.fasta AQP1_Human_Q6PQZ1.needle
• Процент идентичности последовательностей (Identity) — 92.2%
• Вес выравнивания (Score) — 1259.5
• Выравнивание исследуемого белка AQP1_PIG с белком-прототипом AQP1_Human, построенное с помощью программы needle
  

  Предсказание топологии почти вручную

  С помощью программы pepwindow -graph data -length 19 (оптимальный размер окна при предсказании трансмембранных сегментов ) пакета EMBOSS были получены два столбца чисел. В первом столбце содержатся номера а. о., находящихся в середине скользящего окна, во втором столбце — средняя гидрофобность для соответствующих окон.
  По полученным данным был построен профиль гидрофобности с помощью Excel.

  Были рассмотрены пики (4 пика) со средним значением гидропатичности более 1.8 и один пик менее 1.8. Каждый такой пик соответствует центру сегмента а.к. последовательности с длиной, равной размеру выбранного окна. Границы выбранных трансмембранных сегментов можно посмотреть в сводной таблице. На основании правила von Hejne, согласно которому цитоплазматические (внутренние) петли между мембранными сегментами содержат больше положительно заряженных остатков (K, R), чем внешние петли, были определены внутренние петли. В выравниванииисследуемого белка с белком-прототипом в поле Manual отмечено следущее: "Н"— позиции мембранных сегментов, "+"— позиции цитоплазматических петель, "-"— остальные позиции. В поле Helix буквами "H" отмечены альфа-спирали в последовательности белка прототипа

  Предсказание топологии с помощью программы TMHMM

  График, выданный программой TMHMM

  На графике схематично показана последовательность белка AQP1_PIG. Красными прямоугольниками отмечены трансмембранные сегменты, всего их по данным TMHMM 6. Фиолетовыми линиями отмечены участки последовательности, располагающиеся снаружи, а синими — участки, находящиеся внутри клетки.

  
  Также данный график содержит информацию о трех вероятностях:

• вероятность того, что данный участок последовательности является трансмембранным сегментом (красные столбцы на графике);
• вероятность расположения участка последовательности внутри клетки (синий график);
• вероятность расположения участка последовательности снаружи клетки (фиолетовый график).

  В выравнивании исследуемого белка с белком-прототипом в поле TMHMM отражены результаты работы программы.
  "Н"— позиции мембранных сегментов,
  "+"— позиции цитоплазматических петель,
  "-"— остальные позиции.
  В поле Helix буквами "H" отмечены альфа-спирали в последовательности белка прототипа

  В таблице "Топология белка AQP1_PIG" содержится информация о границе мембранных участков по данным TMHMM.

  Выделение трансмембранных сегментов в 3D-структуре прототипа

  По идентификатору PDB (1h6i) белка-прототипа было найдено описание трансмембранных сегментов в БД OPM (Orientations of Proteins in Membranes database)
  Затем используя выравнивание белка-прототипа с исследуемым белком, были определены границы трансмембранных сегментов в белке AQP1_PIG. Границы трансмембранных сегментов в белке APQ1_PIG по данным OPM можно посмотреть в таблице в таблице

  Слева приведено расположение аквапорина (Aquaporin-1), состоящего из 4 аминокислотных цепей, в плазматической мембране. Одна из цепей — белок-прототип. Красной линией обозначена внеклеточная сторона мембраны, синей — цитоплазматическая. В выравнивании исследуемого белка с белком-прототипом в поле OPM можно посмотреть расположение трансмембранных сегментов и петель. Обозначения остались прежними.

  Сравнение предсказанных топологий с описанием трансмембранных сегментов в 3D-структуре прототипа

  		По профилю гидрофобности	TMHMM
  Всего предсказано (N)		95	139
  Из них
  	А. По данным ОРМ находятся внутри мембраны	85	110
  	В. Из них - "торчащие" из мембраны остатки на концах спиралей	6	12
  	С. Вообще не имеют никакого отношения к трансмембранным спиралям	4	17
  D. Число непредсказанных остатков, которые по данным ОРМ находятся в мембране.		47	25
  Точность предсказания, A/N		89.5%	79.1%
  Сверхпредсказание, C/N		10.5%	20.9%
  Недопредсказание, D/(L-N), где L-длина последовательности		38.5%	19.08%

  Примечание:
  Для определения "торчащих" из мембраны остатков на концах спиралей использовались данные PDBsum о расположении альфа-спиралей в последовательности белка-прототипа (1hi6).
  Недопредсказание по профилю гидрофобности выше, чем по TMHMM.
  Все трансмембранные сегменты, предсказанные обоими методами, перекрываются с трансмембранными сегментами по данным OPM. Но есть сегмент, который описал OPM, но не предсказан ни одним из методов (ни профилем гидрофобности, ни TMHMM)
  По определению границ трансмембранных сегментов наиболее точным оказался метод, использующий профиль гидрофобности. Точность предсказания данного метода на 10% выше, чем — TMHMM.

  ---

  © Волкова Екатерина,2006