Предсказание вторичной структуры заданной тРНК и анализ НК-белкового комплекса.

Задание 1.

Нам нужно проанализировать предсказания вторичной структуры тРНК 3 разными программами. Анализировать мы будем на примере структуры тРНК с pdbid 1ffy. В предыдущем практикуме мы уже предсказывали структуру при помощи программу find_pair из пакета 3DNA.

Для начала поработаем с программой einverted из пакета EMBOSS.

echo GGGCUUGUAGCUCAGGUGGUUAGAGCGCACCCCUGAUAAGGGUGAGGUCGGUGGUUCAAGUCCACUCAGGCCCAC > rna.seq

einverted -sequence rna.seq -gap 12 -threshold 10 -match 3 -mismatch -3 -outfile einverted.out -outseq seqout

Выходной файл: einverted.out.

Теперь попробуем предсказать вторичную структуру тРНК при помощи программы ViennaRNA по Алгоритму Зукера.

Самая оптимальная вторичная структура тРНК, очевидно, не соответствует действительности - рисунок 1. Поэтому была выбрана единственная, наиболее похожая на классические структуры тРНК - рисунок 2.

**Рис. 1.** Самая оптимальная вторичная структура данной тРНК по алгоритму Зукера.

**Рис. 2.** Наиболее схожая со стандартной вторичной структурой тРНК из оптимальных структур, полученных по алгоритму Зукера.

Сравним анализ трех различных программ - результаты приведены в таблице 1.

**Таблица 1.** Сравнение трех различных вторичных структур тРНК, полученных различными программами.
	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	1..7 - 72..66	1..7 - 63..57	1..7 - 73..67
D-стебель	10..13 - 25..22	-	10..13 - 26..23
T-стебель	49..54 - 65..61,58	-	66..62 - 50..54
Антикодоновый стебель	36,38..44 - 33..26	23..32 - 49..40	28..32 - 44..40
Общее число канонических пар нуклеотидов	23	14	21

Задание 2.

Упражнение 1.

В данном задании мы будем работать со структурой с pdbid 1r4o. Ниже приведен скрипт, показывающий все состоянии, требуемые в задании.

Скрипт pymol.

fetch 1r4o
hide everything
show cartoon, all
util.chainbow all
bg white
orient
time.sleep(1)

hide everything
select dna, polymer.nucleic
show lines, dna
orient dna
time.sleep(1)

select set1, (name O3'+O4'+O5')
show spheres, set1
set sphere_scale, 0.5, set1
color red, set1
orient set1
time.sleep(1)
hide spheres, set1

select set2, (name OP1+OP2)
show spheres, set2
set sphere_scale, 0.5, set2
color red, set2
orient set2
time.sleep(1)
hide spheres, set2

select set3, (symbol N and polymer.nucleic)
show spheres, set3
set sphere_scale, 0.5, set3
color blue, set3
orient set3
time.sleep(1)

Упражнение 2.

Tеперь нам нужно описать ДНК-белковые контакты в данной структуре. Будем считать полярными атомы кислорода и азота, а неполярными атомы углерода, фосфора и серы. Полярным контактом - ситуация, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5Å. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5Å.

**Таблица 2.** Различные типы контактов в структуре.
Контакты атомов белка	Полярные	Неполярные	Неполярные
Отстатки 2'-дезоксирибозы	1	20	21
Остатки фосфорной кислоты	13	16	29
Азотистые основания со стороны большой бороздки	4	9	13
Азотистые основания со стороны малой бороздки	0	1	1

Упражнения 3,4.

Теперь нам нужно воспользоваться программой nucplot для получения схемы ДНК-белковых контактов. Она работает только со старым форматов pdb поэтому:

remediator --old 1R4O.pdb > 1R4O_old.pdb

После этого можно уже воспользоваться nucplot:

nucplot 1R4O_old.pdb

В итоге мы получаем файл со взаимодействиями: nucplot.pdf.

**Рис. 3.** Схематичное изображение взаимедействия белка с аминокислтным остатком с наибольшим количеством определенных связей.

**Рис. 4.** Схематичное изображение взаимедействия белка с аминокислтным остатком с предполагаемой важной ролью.

Согласно анализу программы nucplot наибольшее количество связей в этом ДНК-белковом взаимодействии у Lys461 с гуанином 4 - рисунок 5. Однако из рисунка видно, что 2 из трех связи - неполярные связи углерода с углеродом, которые в реальности вряд ли оказывают какое-то влияние в реальности.
На мой взгляд, важное взаимодействие у Arg466 с гуанином 14 - рисунок 6. Мое суждение связано с тем, что в данном взаимодействии образуются 2 водородные связи, которые не вызывают никаких сомнений в своей реальности.

**Рис. 5.** Изображение ДНК-белкового взаимодействия гуанина 4 с лизином 461. Серым цветом обозначены неполярные связи, желтым цветом обозначены полярные связи.

**Рис. 6.** Изображение ДНК-белкового взаимодействия гуанина 14 с аргинином 466.