Геномное окружение. База данных GO

В первом семестре я работал с поли(А)-полимеразой Aquifex aerocus. Данный белок содержит 824 аминокислотных остатков и кодируется 2474 нуклеотидами.

1. Получение информации о КОГе

Для этого откроем сервис CDD и вставим последовательность белка в FASTA-формате в поле поиска. Необходимо выбрать режим Full Results.

Таким образом я получил большой список хитов(реально большой, нет смысла приводить его здесь). Из них я отобрал 10 хитов, относящих мой белок к тому или КОГу.

ID	E-value	Координаты	Название на английском	Название на русском	Функциональная категория на английском	Функциональная категория на русском
PcnB(COG0617)	7.41e-73	430-823	tRNA nucleotidyltransferase/poly(A) polymerase	ТРНК нуклеотидилтрансфераза/поли(А) полимераза	Translation, ribosomal structure and biogenesis	Транскрипция, структура рибосом и биогенез
NrnA(COG0618)	1.40e-57	1-299	nanoRNase/pAp phosphatase, hydrolyzes c-di-AMP and oligoRNAs	наноРНКаза/pAp-фосфатаза, гидролаза c-ди-AMФ и олигонуклеотидов	Nucleotide transport and metabolism	Транспорт нуклеотидов и метаболизм
GdpP(COG3887)	7.22e-16	14-295	c-di-AMP phosphodiesterase, consists of a GGDEF-like and DHH domains	с-ди-АМФ фосфодиэстераза, состоящая из доменов GGDEF и DHH	Signal transduction mechanisms	Механизмы передачи сигналов
CBS(COG0517)	1.00e-14	301-413	CBS domain	CBS-домен	Signal transduction mechanisms	Механизмы передачи сигналов
COG3620	3.84e-10	284-418	Predicted transcriptional regulator with C-terminal CBS domains	Прогнозируемый регулятор транскрипции, содержащий C-терминальные CBS-домены	Transcription	Транскрипция
COG2905	7.83e-10	273-450	Signal-transduction protein containing cAMP-binding, CBS, and nucleotidyltransferase domains	Сигнально-трансдукционный белок, содержащий cAMФ-связывающие, CBS и нуклеотидилтрансферазные домены	Signal transduction mechanisms	Механизмы передачи сигналов
PPX1(COG1227)	2.04e-08	11-176	Inorganic pyrophosphatase/exopolyphosphatase	Пирофосфатаза/экзополифосфатаза	Energy production and conversion, Inorganic ion transport and metabolism	Производство и преобразование энергии, транспорт нерганических ионов и метаболизм
YtoI(COG4109)	8.62e-08	281-439	Predicted transcriptional regulator containing CBS domains	Прогнозируемый регулятор транскрипции, содержащий CBS-домены	Transcription	Транскрипция
MgtE(COG2239)	1.33e-07	304-426	Mg/Co/Ni transporter MgtE (contains CBS domain)	Mg/Co/Ni транспортер MgtE, содержащий домен CBS	Inorganic ion transport and metabolism	Tранспорт нерганических ионов и метаболизм
COG3448	2.39e-07	292-420	CBS-domain-containing membrane protein	Мембранный белок, содержащий CBS-домен	Signal transduction mechanisms	Механизмы передачи сигналов
COG2524	8.56e-07	298-416	Predicted transcriptional regulator, contains C-terminal CBS domains	Прогнозируемый регулятор транскрипции, содержащий C-терминальные CBS-домены	Transcription	Транскрипция
ProV(COG4175)	1.02e-03	299-416	ABC-type proline/glycine betaine transport system, ATPase component	АТФазный компонент пролин/глициновой бетаин-транспортной системы АВС-типа	Amino acid transport and metabolism	Транспорт аминокислот и метаболизм

2. Визуализация геномного окружения

Получим изображение геномного окружения для КОГа c наилучшим e-value с помощью сервиса STRING

Я выбрал КОГ COG0617. Результаты по нему приведены ниже. Параметры программы были взяты по умолчанию: максимальное количество взаимодействующих по первой линии белков (first shell interactors) - 10, минимальный требуемый score взаимодействия - 0.400.

Каждый узел графа символизирует совокупность всех изоформ белка, транскрибирующихся с одного и того же локуса гена. Ребра графа символизируют белок-белковые взаимосвязи (физическое соединение или даже слияние, коэкспрессия, совместная функция). Белки, для которых известна 3D-структура отображены большимим узлами с соответсвующим изображением внутри, остальные белки отображены узлами меньшего размера.

Фиолетовое ребро - взаимосвязь экспериментально доказана
Голубое ребро - информация о взаимосвязи получена из курируемой базы данных
Зеленое ребро - соседство генов в геноме
Красное ребро - слияние генов
Синее ребро - совместная встречаемость
Салатовое ребро - совместное упоминание белков в Pub-Med Abstract
Черное ребро - коэкспрессия
Серое ребро - гомология белковых последовательностей

Видно, что некоторая часть взаимосвязей не является достоверной (ребра зеленого цвета), однако большая часть взаимосвязей экспериментально доказана (фиолетовое ребро, 9 штук).

Поcледовательное расположение генов показывает, что они расположены по соседству на одной хромосоме, при этом ориентированы либо в одном направлении, либо в разных (скорее всего в таком случае у них совместные промотеры).
Горизонтальные сечения на изображении генов показывают, что либо произошло дублирование генов (паралогия), либо допущена ошибка при назначении ортологии.
Вертикальные сечения на изображении генов показывают, что разные части гена могут иметь разные эволюционные истории, например произошло слияние генов (таких у меня нет, но упомянуть стоит).

Полученное изображение очень велико, я не вижу смысла приводить здесь его целиком.

Видно, что эти белки встречаются вместе (за редким исключением) у многих бактерий.

guaA - ГМФ-синтаза, синтезирует ГМФ
Eno - фосфопируватгидратаза, катализирует обратимое превращение 2- фосфоглицерата в фосфоенолпируват
AbcT7 - ABC-транспорте, осуществляет перенос различных субстратов (лекарства, липиды, липидсвязанные олигосахариды, гормоны, пептиды и токсины) через мембрану, характерен для бактерий.
PurH - бифункциональная фосфорибозиламиноимидазолкарбоксамид формилтрансфераза, участвует в биосинтезе пуриновых нуклеотидов
RpsO - 30S рибосомный белок S15, один из первичных связывающих белков рРНК(связывается непосредственно с 16S рРНК)
InfB - фактор инициации трансляции IF-2
OadA - субъединица B пируваткарбоксилазы
РycA - субъединица B пируваткарбоксилазы
AccB - белок-носитель биотинкарбоксилата
AccC1 - биотинкарбоксилаза

3. Отнесение белка поли(А)-полимеразы из Aquifex aerocus к терминам GO

С помощью инструмента AmiGO (раздел Tools/Resourses, Analysis of GO data, BLAST) я обнаружил белок, который наиболее похож на исходный. Для этого я ввел в окно поиска последовательность моей поли(А)-полимеразы. Лучшая находка - поли(А)-полимераза бактерии Geobacter sulfurreducens PCA, e-value = 8.6e-103, что является довольно хорошим результатом.

Идентификатор найденного белка GSU_1581, я считаю что термины GO можно переносить с него на мой белок

Выравнивание показывает, что эти белки имеют много гомологичных участков.

Термины GO, отнесенные к белку с идентификатором Uniprot GSU_1581

Аспект	Идентификатор GO	Название термина	Перевод названия термина	Код типа достоверности
Биологический процесс (biological process)	GO:0006396	RNA processing	Процессинг РНК	ISS
Биологическая функция (molecular function)	GO:0004652	Polynucleotide adenylyltransferase activity	Активность полинуклеотид аденилилтрансферазы	ISS
Биологическая функция (molecular function)	GO:0003723	RNA binding	Связывание РНК	ISS