Герб ФББ
  • Главное
  • Семестры
  • Обо мне
  • Официальный сайт ФББ МГУ

    Практикум 7. Трансмембранные белки

    Задание 1. Сравнение предсказаний трансмембранных участков в бета-листовом белке

    Для выполнения данного задания я выбрала белок Outer membrane protein A. Ниже представлена информация о белке:

    Название белка (русский) Белок внешней мембраны A
    Название белка (английский) Outer membrane protein A (OMPA)
    Идентификатор PDB 1bxw
    Идентификатор UniProt OMPA_ECOLI
    Организм Escherichia coli (strain K12)
    Мембрана Внешняя мембрана грамотрицательных бактерий
    Функция белка Поддерживает целостность наружной мембраны и положение пептидогликана в периплазме. Участвует в формировании клеточной формы и устойчивости к стрессам. Слабо проницаемый порин: пропускает малые молекулы (например, L-арабинозу) в редкой "открытой" конформации (3% молекул). Образует ионные каналы с двумя состояниями проводимости (50-80 pS и 260-320 pS).

    Выдача blast
    Рис. 1. Структура белка Outer membrane protein A (OMPA) из базы данных OPM, красной линией показана внешняя сторона внешней мембраны, синей – периплазматическая сторона внешней мембраны.

    Координаты трансмембранных участков: 1(7 - 15), 2(35 - 44), 3(51 - 58), 4(76 - 85), 5(93 - 101), 6(120 - 130), 7(137 - 145), 8(160 - 169)

    Для проведения сравнения я взяла fasta последовательность моего трансмембранного белка с UniProt. Ссылка на последовательность

    Выдача blast
    Рис. 2. Графическое представление предсказания DeepTMHMM по последовательности белка OMPA_ECOLI. На верхнем графике изображена наиболее вероятная топология белка. На нижнем — вероятности той или иной топологии. По оси X — последовательность белка. Красным отображены трансмембранные участки, синим - участки в наружной среде, зеленым - в периплазматическом пространстве, оранжевым - сигнальная последовательность.

    Файл с результатами предсказания.

    Предсказанные программой DeepTMHMM координаты трансмембранных бета-листов:

    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 28 35
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 58 65
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 70 76
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 99 106
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 113 120
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 143 150
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 156 163
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI Beta sheet 183 190

    В таблице представлены результаты предсказания трансмембранных доменов, где оба метода обнаруживают по 8 участков. Однако никакой из них хорошо не перекрывается, среднее отклонение ~20АК, что критично для участков средней длины 10–12 АК. При этом исходная последовательность из UniProt содержит 346 АК, тогда как в ОРМ и PDB-структуре их всего 172.

    Помимо этого наблюдается смещение координат сегментов между предсказаниями (в среднем на 20 аминокислот), так как последовательность с Uniprot включает N-концевую сигнальную последовательность (примерно 20 АК).

    Из-за этого мною было принято решение сделать выравнивание двух последовательностей белка из UniProt и PDB.

    Выравнивание

    После анализа выравнивания я решила удалить 20 аминокислот с начала последовательности белка из UniProt как сигнальная последовательность (вырезанная последовательность белка). Далее я запустила снова DeepTMHMM для новой последовательности белка (новая выдача DeepTMHMM).

    Выдача blast
    Рис. 3. Графическое представление предсказания DeepTMHMM по новой (вырезанной) последовательности белка OMPA_ECOLI. На верхнем графике изображена наиболее вероятная топология белка. На нижнем — вероятности той или иной топологии. По оси X — последовательность белка. Красным отображены трансмембранные участки, синим - участки в наружной среде, зеленым - в периплазматическом пространстве, оранжевым - сигнальная последовательность.

    Предсказанные программой DeepTMHMM координаты трансмембранных бета-листов:

    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI/21-346 Beta sheet 12 16
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI/21-346 Beta sheet 38 45
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI/21-346 Beta sheet 50 56
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI/21-346 Beta sheet 79 86
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI/21-346 Beta sheet 93 100
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI/21-346 Beta sheet 123 130
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI/21-346 Beta sheet 136 143
    • sp|P0A910|OMPA_ECOLI/21-346 Beta sheet 163 170

    Теперь результаты предсказаний совпадают отлично, 8 участков и все перекрываются, границы выходят в среднем на 2-3 АК. Однако все равно программа DeepTMHMM делает косяки (например, первые 10 АК она определяет как сигнальную последовательность, что можно увидеть в текстовой выдаче, хотя истинная сигнальная последовательность была удалена).

    Чтобы глубже покапаться в причине того, почему такая разница в длине последовательностей из UniProt и PDB я решила воспользоваться инструментом для поиска и визуализации белковых доменов (ссылка на ресурс)

    Выдача blast
    Рис. 4. Выдача инструмента для поиска и визуализации белковых доменов в последовательности белка из UniPRot


    Выдача blast
    Рис. 5. Выдача инструмента для поиска и визуализации белковых доменов в последовательности белка из PDB.

    В последовательности из Uniprot вставлен домен OmpA family (отмечен зеленым на рисунке 4). Этим можно объяснить сильные различия в длине последовательностей Uniprot 346 АК и Pdb 172 АК.

    Задание 2. Сравнение предсказаний трансмембранных участков в альфа-спиральном белке

    Для выполнения этого задания мне был выдан белок Protein TMHC2_E. Информация о белке представлена ниже:

    Название белка (русский) Белок TMHC2_E
    Название белка (английский) Protein TMHC2_E
    Идентификатор PDB 6b87
    Идентификатор UniProt Нет записи
    Организм Нет записи (synthetic construct)
    Мембрана Нет записи
    Функция белка TMHC2_E — искусственный белок без биологических функций, созданный как модель для изучения трансмембранных α-спиралей. Отсутствие природного аналога и экспериментальных данных о его активности исключает какую-либо функциональную роль

    Выдача blast
    Рис. 6. Структура белка TMHC2_E из базы данных OPM, Красной линией показана внешняя сторона внешней мембраны, синей – периплазматическая сторона внешней мембраны

    Координаты трансмембранных участков: 1(12 - 34), 2(70 - 92)

    Для проведения сравнения я взяла fasta последовательность моего трансмембранного белка с RCSB PDB. Ссылка на последовательность

    Выдача blast
    Рис. 7. Результат работы программы DeepTMHMM по последовательности белка TMHC2_E. В верхней части показана наиболее вероятная топология белка; в нижней части отображены вероятности топологий. Здесь можно увидеть вероятности нахождения белка в бета-листе, в периплазме, снаружи клетки, или того, что белок участвует в передаче сигнала.

    Файл с результатами предсказания.

    Предсказанные программой DeepTMHMM координаты трансмембранных бета-листов:

    • 6B87_1|Chains TMhelix 18 35
    • 6B87_1|Chains TMhelix 75 90

    Как видно предсказания совпали успешно: в обоих случаях по два участка, причем везде наблюдается перекрытие. Границы участков различаются несущественно - в пределах 5-7 АК при средней длине участка около 22 АК. Следует отметить, что DeepTMHMM не обнаружил наличия сигнальных пептидов в исследуемых последовательностях.