RNA_report/Term3/2009

Краткое описание структуры в файле 1f7v.pdb

[901] 5' - PSU U C C U C G U 1MG 2MG C C C A A DHU G G DHU C A C G G C M2G PSU C U G G C U I C G A A C C A G A A G A DHU U 5MC C A G G 5MU PSU C A 1MA G U C C U G G C G G G G A A G C C A - 3' [973], где 901 и 973 - номера первого и последнего нуклеотида.
Первый нуклеотид тРНК имеет номер 901, а последний - 973. Значит, длина молекулы равна 76 нуклеотидов.
Это нормально, ведь тРНК сама по себе очень маленькая нуклеиновая кислота. Обычно её размер не превышает 85 нуклеотидов.

Исследование вторичной структуры

1F7V_NIC_old.out


            Strand I                    Strand II          Helix
   1   (0.043) B:.901_:[PSU]P-*---A[..A]:.972_:B (0.002)     |
   2   (0.002) B:.902_:[..U]U-----A[..A]:.971_:B (0.004)     |
   3   (0.004) B:.903_:[..C]C-----G[..G]:.970_:B (0.004)     |
   4   (0.005) B:.904_:[..C]C-----G[..G]:.969_:B (0.004)     |
   5   (0.003) B:.905_:[..U]U-*---G[..G]:.968_:B (0.008)     |
   6   (0.003) B:.906_:[..C]C-----G[..G]:.967_:B (0.011)     |
   7   (0.004) B:.907_:[..G]Gx----C[..C]:.966_:B (0.004)     |
   8   (0.013) B:.949_:[5MC]c-----G[..G]:.965_:B (0.005)     |
   9   (0.004) B:.950_:[..C]C-----G[..G]:.964_:B (0.007)     |
  10   (0.006) B:.951_:[..A]A-----U[..U]:.963_:B (0.005)     |
  11   (0.010) B:.952_:[..G]G-----C[..C]:.962_:B (0.006)     |
  12   (0.010) B:.953_:[..G]G----xC[..C]:.961_:B (0.004)     |
  13   (0.009) B:.954_:[5MU]u-**-xa[1MA]:.958_:B (0.009)     |
  14   (0.044) B:.955_:[PSU]Px**+xG[..G]:.917_:B (0.009)     x
  15   (0.008) B:.939_:[..C]C-----G[..G]:.931_:B (0.010)     |
  16   (0.003) B:.940_:[..C]C-----G[..G]:.930_:B (0.007)     |
  17   (0.006) B:.941_:[..A]A-----U[..U]:.929_:B (0.005)     |
  18   (0.010) B:.942_:[..G]G-----C[..C]:.928_:B (0.004)     |
  19   (0.003) B:.943_:[..A]A-*---P[PSU]:.927_:B (0.044)     |
  20   (0.008) B:.944_:[..A]Ax*---g[M2G]:.926_:B (0.013)     |
  21   (0.007) B:.910_:[2MG]g-----C[..C]:.925_:B (0.008)     |
  22   (0.003) B:.911_:[..C]C-----G[..G]:.924_:B (0.010)     |
  23   (0.004) B:.912_:[..C]C-----G[..G]:.923_:B (0.012)     |
  24   (0.010) B:.913_:[..C]C-*--xC[..C]:.922_:B (0.005)     |
  25   (0.003) B:.914_:[..A]A-**-xU[..U]:.908_:B (0.004)     |
  26   (0.005) B:.915_:[..A]Ax**+xU[..U]:.948_:B (0.006)     x
  27   (0.010) B:.918_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003)     +

Создаём скрипт для получения в RasMol изображения остова исследуемой тРНК, где акцепторный стебель выделен красным, Т-стебель - зеленым, D-стебель - синим, антикодоновый - оранжевым.

Рис.1. Вторичная структура тРНК из SACCHAROMYCES CEREVISIAE Скрипт для получения изображения

background white define steb_ac 901-907, 966-972 define steb_t 949-953, 961-965 define steb_d 910-912, 923-925 define strb_an 927-931, 939-943 select all cpk off wireframe off backbone 100 select steb_ac color red select steb_t color green select steb_d color blue select steb_an color orange select not (steb_ac, steb_t, steb_d, steb_an) color grey

Данный скрипт служит для получения в RasMol изображения остова
исследуемой тРНК, где акцепторный стебель выделен красным, Т-стебель -
зеленым, D-стебель - синим, антикодоновый - оранжевым. Теперь разберёмся с антикодоном. Для кодона аргининовой кислоты антикодоном являются 6 триплетов:ACG, GCG, UCG, CCG, UCU и UCC. Найдём UCG. Это атомы 931, 932, 933.

Рис.2. Антикодон на антикодоновой петле

Скрипт для получения изображения

 background white
 define steb_ac 901-907, 966-972
 define steb_t 949-953, 961-965
 define steb_d 910-912, 923-925
 define strb_an 927-931, 939-943
 select all
 cpk off 
 wireframe off
 backbone 100
 select steb_ac
 color red
 select steb_t
 color green
 select steb_d
 color blue
 select steb_an
 color orange
 select 931, 932, 933
 color cpk
 select not (steb_ac, steb_t, steb_d, steb_an)
 color grey

Рис.3. Неканонические взаимодействия	Скрипт для получения изображения
	background white restrict 908, 914

В тРНК часто встечаются модифицированные, минорные основания, которые также способны образовывать водородные связи :
1.G 945-2mG 910 (2N-метилгуанозин)
2.G 917-PSU 955 (псевдоуридин)
3.5mU 954-1mA 958 (6-Гидро-1-метиладенозин)

Исследование третичной структуры

В РНК спирали один из элементов структуры, и основания, не входящие в них, могут образовывать стекинг-связи с отдаленными основаниями, сворачивая цепь. C помощью программы analyze, мы смогли обнаружить 26 стекинг-взаимодействий. Вы можете сами в этом убедиться :

 
     step      i1-i2        i1-j2        j1-i2        j1-j2        sum
   1 PU/AA  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  2.74( 2.50)  2.74( 2.50)
   2 UC/GA  0.12( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.08( 2.87)  4.20( 2.87)
   3 CC/GG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.51( 0.00)  3.94( 2.54)  4.44( 2.54)
   4 CU/GG  2.28( 0.61)  0.00( 0.00)  0.05( 0.00)  4.64( 3.14)  6.97( 3.76)
   5 UC/GG  0.38( 0.00)  0.00( 0.00)  0.23( 0.00)  1.84( 0.57)  2.46( 0.57)
   6 CG/CG  0.20( 0.00)  0.00( 0.00)  4.02( 1.35)  0.26( 0.00)  4.48( 1.35)
   7 Gc/GC  5.97( 1.41)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  7.08( 4.30) 13.05( 5.71)
   8 cC/GG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.97( 0.00)  2.98( 1.45)  3.95( 1.45)
   9 CA/UG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.10( 1.07)  0.49( 0.06)  3.58( 1.13)
  10 AG/CU  5.03( 2.85)  0.00( 0.00)  0.03( 0.00)  0.08( 0.00)  5.13( 2.85)
  11 GG/CC  3.98( 2.42)  0.00( 0.00)  0.81( 0.00)  0.00( 0.00)  4.79( 2.42)
  12 Gu/aC  7.08( 1.99)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  4.95( 1.78) 12.03( 3.77)
  13 uP/Ga  5.41( 1.91)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  7.84( 2.58) 13.25( 4.49)
  14 PC/GG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)
  15 CC/GG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.99( 0.00)  3.13( 1.59)  4.13( 1.59)
  16 CA/UG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.98( 1.80)  0.05( 0.00)  4.03( 1.80)
  17 AG/CU  1.98( 1.88)  0.00( 0.00)  0.83( 0.00)  0.00( 0.00)  2.81( 1.88)
  18 GA/PC  3.12( 1.62)  0.00( 0.00)  0.08( 0.01)  0.00( 0.00)  3.20( 1.63)
  19 AA/gP  3.79( 2.38)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  3.93( 1.35)  7.72( 3.74)
  20 Ag/Cg  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  1.23( 0.05)  0.28( 0.08)  1.52( 0.13)
  21 gC/GC  3.31( 1.06)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  5.48( 2.49)  8.79( 3.55)
  22 CC/GG  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.92( 0.00)  3.51( 1.97)  4.42( 1.97)
  23 CC/CG  2.84( 1.12)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  1.73( 0.88)  4.58( 2.00)
  24 CA/UC  0.00( 0.00)  2.49( 0.10)  4.49( 3.16)  0.00( 0.00)  6.98( 3.26)
  25 AA/UU  6.31( 4.27)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  6.31( 4.27)
  26 AG/CU  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)

С помощью этой таблицы можно найти данные о величине площади "перекрывании" 2-х последовательных пар азотистых оснований. Стекинг-взаимодествие между основаниями акцепторного (G907-C966) и T-стебля (C65-G49):

 7   (0.004) B:.907_:[..G]Gx----C[..C]:.966_:B (0.004)     |
 8   (0.013) B:.949_:[5MC]c-----G[..G]:.965_:B (0.005)     |

Смотрим на табличку и ищим это взаимодействие :

    7 Gc/GC  5.97( 1.41)  0.00( 0.00)  0.00( 0.00)  7.08( 4.30) 13.05( 5.71)

Воспользуемся командой stack2img:

Дополнительные водородные связи между основаниями D- и Т-петель

Есть 2 водородные связи, стабилизирующие структуру :

  14   (0.044) B:.955_:[PSU]Px**+xG[..G]:.917_:B (0.009)     x
  27   (0.010) B:.918_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003)     +

Водородная связь G918-C956

Предсказание вторичной структуры тРНК

Алгоритм Зукера используется для предсказания вторичной структуры тРНК. Данный алгоритм осуществляется программой mfold. В первую очередь сохраняем последовательность тРНК в файл.

Рис.1. Предсказанная вторичная структура тРНК из SACCHAROMYCES CEREVISIAE Текст

В файле 1f7v.fasta нужно было поменять все модифицированные основания на нормальные, чтобы программа более точно предсказала структуру. Но у меня ничего не получалось. Всё из-за инозина (I), близкого родственника гуанину. Его трогать не надо было. Тогда при P=10, у меня получилась картинка слева. Эта картинка полностью соответствует построенной тРНК.Можно разлечить каждую петлю, даже вариабельную.

После использования программы analyze, можно сказать что спирали тРНК похожи на А-форму ДНК. Для быстрого поиска инвертированных последовательностей была использована программа einverted. Рекомендуемые параметры для einverted:
Gap penalty = 3
Minimum score threshold = 5
Match score = 3
Mismatch score = -3
Описание программы einverted можно прочитать, выполнив tfm einverted. Список параметров получаем, выполнив einverted -help

tRNA: Score 15: 5/5 (100%) matches, 0 gaps
      27 tctgg 31      
         |||||
      43 agacc 39      

tRNA: Score 15: 5/5 (100%) matches, 0 gaps
      49 ccagg 53      
         |||||
      65 ggtcc 61

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам *find_pair*)	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5' 901-907 3' 5' 966-972 3' Всего 7 пар	Предсказано 7 пар из 7 реальных
D-стебель	5' 910-913 3' 5' 922-925 3' Всего 4 пары	Предсказано 4 пары из 4 реальных
T-стебель	5' 949-953 3' 5' 961-965 3' Всего 5 пар	Предсказано 5 пар из 5 реальных
Антикодоновый стебель	5' 939-943 3' 5' 927-931 3' Всего 5 пар	Предсказано 5 пар из 5 реальных
Общее число канонических пар нуклеотидов	21	21