0. Знакомство с OPM
Для тренировочного задания и знакомства с интерфейсом базы данных OPM был произведен поиск трансмембранного белка с β-листами по следующим параметрам:
- Type: Transmembrane
- Class: Beta-barrel transmembrane
В качестве интересного примера я выбрала Superfamily: Trimeric autotransporter, Family: Autotransporter-2 (AT-2), а именно белок Adhesin yadA (PDB: 2lme) — прототипный тримерный аутотранспортер, обнаруженный в энтеропатогенных видах Yersinia (здесь Y. enterocolitica). Это белок внешней мембраны, формирующий фибриллярный матрикс на поверхности бактериальных клеток. Является ключевым фактором вирулентности у некоторых патогенных видов иерсиний. Он играет важную роль в адгезии бактерий к клеткам хозяина, инвазии, уклонении от иммунной системы и выживании в организме хозяина.
При описании белка OPM дает прямые ссылки на PDB, PDB Sum, UniProt, PFAM, TCDB, MSD, MMDB и сссылки на 3D-структуры, помимо изображения положения белка в мембране.
1. Основное задание: сравнение результатов предсказаний трансмембранных участков по последовательности и по трехмерной структуре
Для данного задания мне был выдан полноразмерный калиевый канал KcsA в закрытой конформации (Potassium channel KcsA, full-length, closed)
- Страница в OPM
- PDB ID: 3EFF
- UniProt ID: P0A334 · KCSA_STRLI
- Организм: Streptomyces lividans
- Расположение: Плазматическая мембрана грамположительных бактерий (Bacterial Gram-positive plasma membrane)
- Функция: KcsA активируется при снижении цитозольного pH (при pH от 7 до 4 канал открывается, хотя неясно, является ли это физиологическим стимулом для открытия канала). Селективный фильтр (SF) содержит четыре предполагаемых сайта связывания K+, которые определяются последовательностью TVGYG (высококонсервативна как среди прокариот, так и эукариот). Канал проявляет предпочтение к катионам K⁺ > Rb⁺ > NH₄⁺ > Na⁺ > Li⁺. В закрытой конформации внутренние спирали образуют «воротный механизм», который сужает диаметр поры и смещает узкую точку на 2 оборота спирали ниже. При этом C-терминальный пучок остаётся целостным во время процесса открытия. Структура KcsA обеспечивает основу для понимания K+ проводимость каналов.
Рис.1. Структура и положение канала KcsA в мембране из базы данных OPM. Красными и синими точками обозначены границы липидного бислоя.
Согласно расчету пространственного положения белка в липидном бислое, в субъединице К выделено 2 трансмембранных сегмента:
TM 1: 26 - 50
TM 2: 86 - 110
Последовательность в формате fasta была взята со страницы UniProt (длина 160 аминокислот) и подана на вход алгоритму DeepTMHMM.
Рис.2. Результат работы программы DeepTMHMM по последовательности белка P0A334. Верхний график: Топология трасмембранных участков в калиевом канале; красными блоками показаны 2 трансмембранных сегмента, синими линиями участки во внеклеточном пространстве, розовыми - внутри цитоплазмы. Нижний график: вероятность нахождения аминокислоты во внеклеточном пространстве, в составе трансмембранного участка или внутри цитоплазмы.
Сравнивая структурной метод (база OPM) и метод машинного обучения по последовательности (DeepTMHMM), можно заметить, что оба сервиса предсказывают одни и те же α-спирали как трансмембранные, отличаются лишь внешние границы перехода трансмембранных участков. Согласно DeepTMHMM трансмембранные участки имеют следующие координаты: 28 - 50 и 88 - 111. Это может быть связано с тем, что OPM рассчитывает физическое погружение структуры в липидный бислой, а DeepTMHMM ищет паттерны в линейной последовательности.