Практикум 7. Трансмембранные белки

Сравнение предсказаний трансмембранных участков в бета-листовом белке

Для работы в рамках данного практикума был выбран белок Phenol degradation pathway involved protein. Ниже приведены его характеристики на основе данных из OPM:

Рисунок 1. Изображение структуры в мембранном окружении (взято из базы данных OPM)

Здесь приведена функция данного белка: Protein involved in meta-pathway of phenol degradation-like protein

С помощью программы DeepTMHMM были предсказаны трансмембранные участки у этого белка (на вход программе подавалась последовательность белка в fasta-формате из соответствующей записи в Uniprot). Ниже приведено изображение выдачи программы (с текстовой выдачей можно ознакомиться здесь):

Рисунок 2. Выдача DeepTMHMM (На верхнем изображении показана общая топология белка в удобном виде, а на нижнем она же, но с учетом достоверности (того, как работает программа). Красным отображены трансмембранные участки, синим - участки в наружной среде, зеленым - в периплазматическом пространстве, желтым - сигнальная последовательность)

Ниже представлена таблица со сравнением выдачи трансмембранных участков с сайта OPM и программой DeepTMHMM:

Сравнение выдачи OPM и DeepTMHMM:
NumberOPMDeepTMHMM
116-2437-47
247-5463-74
364-7384-96
490-100106-120
5109-118130-143
6136-146151-165
7154-162173-184
8182-191199-211
9198-204216-228
10225-232241-252
11240-245259-270
12258-266275-286

Из результатов в таблице видно, что в обоих случаях трансмембранных участков 12 штук, однако, кажется, что результаты предсказаний не совпадают. Стоит отметить, что первые 20 аминокислот - сигнальный участок, также можно заметить, что если прибавить 20 остатков к границам участков OPM, то перекрытия будут гораздо лучше. Поэтому было решено вырезать первые 20 АК из последовательности fasta, и снова запустить DeepTMHMM. Ниже представлено новое сравнение с изображением DeepTMHMM (и ссылка на файл):

Рисунок 3. Выдача DeepTMHMM после вырезания первых 20 аминокислот
Новое сравнение выдачи OPM и DeepTMHMM:
NumberOPMDeepTMHMM
116-2417-27
247-5443-54
364-7364-76
490-10086-100
5109-118110-123
6136-146131-145
7154-162153-164
8182-191179-191
9198-204196-208
10225-232221-232
11240-245239-250
12258-266255-266

Теперь результаты предсказаний совпадают хорошо, 12 участков и все перекрываются, границы выходят в среднем на 5 аминокислот. Однако все равно программа DeepTMHMM делает странности: первые 10 аминокислот она определяет как сигнальную последовательность, что написано в текстовой выдаче, хотя истинная сигнальная последовательность была удалена).

Сравнение предсказаний трансмембранных участков в альфа-спиральном белке

Для выполнения данного задания мне был выдан белок Fluoride ion transporter CrcB, structure 2 (он же Белок CrcB — транспортер фторид-ионов (структурный вариант 2)). Ниже приведены его характеристики на основе данных из OPM:

Рисунок 4. Изображение структуры белка CrcB — транспортер фторид-ионов (структурный вариант 2) в мембранном окружении (взято из базы данных OPM)

Ниже приведены функции данного белка:

С помощью программы DeepTMHMM были предсказаны трансмембранные участки у этого белка (на вход программе подавалась последовательность белка в fasta-формате из соответствующей записи в Uniprot). Ниже приведено изображение выдачи программы (с текстовой выдачей можно ознакомиться здесь):

Рисунок 5. Выдача DeepTMHMM (На верхнем изображении показана общая топология белка в удобном виде, а на нижнем она же, но с учетом достоверности (того, как работает программа). Красным отображены трансмембранные альфа-спиральные участки, синим - участки в наружной среде, розовым - участки в цитоплазме.)

Ниже представлена таблица со сравнением выдачи трансмембранных участков с сайта OPM и программой DeepTMHMM:

Сравнение выдачи OPM и DeepTMHMM:
NumberOPMDeepTMHMM
16-299-28
237-5737-57
366-79 и 83-9369-86
498-12699-123

Примечение: в OPM 3 трансмембранный участок разбит на 3A и 3B, потому что они работают как единый функциональный домен, но с внутренней структурной границей.

При сравнении результатов можно сделать вывод, что предсказания очень удачно совпадают, отличие границ незначительно. Плюс замечательно, что DeepTMHMM не предсказал сигнальный участок, как это было в прошлом задании.