Парные и множественные выравнивания белков

2. Глобальное парное выравнивание

Для проведения глобальных выравниваний были отобраны 3 пары белков с одинаковой мнемоникой функции у Escherichia coli и Bacillus subtilis. Каждая пара выровнена программой needle с параметрами по умолчанию (EBLOSUM62, штраф за открытие гэпа 10.0, за продолжение 0.5).

Выравнивания: oppa.needle, rapa.needle, thie.needle

Таблица 1. Характеристики глобального парного выравнивания трёх пар белков

Protein Name ID 1 ID 2 Score % Identity % Similarity Gaps Indels (3)
Periplasmic oligopeptide-binding protein OppA (1) OPPA_ECOLI OPPA_BACSU 743.0 32.1% 49.4% 34 17
RNA polymerase-associated protein RapA (2) RAPA_ECOLI RAPA_BACSU 43.0 9.7% 15.4% 736 32
Thiamine-phosphate synthase THIE_ECOLI THIE_BACSU 195.0 28.6% 41.6% 29 7

(1) В записи OPPA_BACSU рекомендованное имя другое: Oligopeptide-binding protein OppA.
(2) В записи RAPA_BACSU рекомендованное имя совсем другое: Response regulator aspartate phosphatase A. Это разные белки с совпавшей мнемоникой (см. п. 4).
(3) Число инделей подсчитано программой indels.py.

3. Локальное парное выравнивание

С помощью программы water было проведено локальное парное выравнивание тех же самых белков.

Выравнивания: oppa.water, rapa.water, thie.water

Таблица 2. Характеристики локального парного выравнивания трёх пар белков

Protein Name ID 1 ID 2 Score % Identity % Similarity Gaps Indels (3) Coverage 1 Coverage 2
Periplasmic oligopeptide-binding protein OppA (1) OPPA_ECOLI OPPA_BACSU 754.0 33.7% 51.4% 25 13 92.4% 92.7%
RNA polymerase-associated protein RapA (2) RAPA_ECOLI RAPA_BACSU 54.5 19.4% 30.7% 198 27 46.3% 87.8%
Thiamine-phosphate synthase THIE_ECOLI THIE_BACSU 215.5 32.6% 47.9% 8 3 87.7% 84.2%

(1), (2), (3) См. сноски к таблице 1.

Покрытие считалось как длина участка последовательности, вошедшего в локальное выравнивание, делённая на полную длину последовательности.

4. Комментарии к выравниваниям

OPPA_ECOLI – OPPA_BACSU

Белки гомологичны практически по всей длине. Характеристики локального выраванивания почти не отличаются от глобального. Нового локальное выравнивание здесь почти ничего не сообщает.

RAPA_ECOLI – RAPA_BACSU

Белки не гомологичны: это разные белки с совпавшей мнемоникой. RAPA_ECOLI длиной 968 остатков, RAPA_BACSU длиной 378 остатков. В глобальном выравнивании 736 гэпов из-за разницы длин и 9.7% идентичности. Локальное выравнивание нашло участок с 19.4% идентичности и весом 54.5 и эти значения соотносятся со значениями, полученными при выравнивании заведомо негомологичной пары белков из задания 5. Поэтому найденный участок скорее всего случайность.

THIE_ECOLI – THIE_BACSU

Белки гомологичны по большей части длины. Вес локального выравнивания выше, чем у глобального (215.5 против 195.0). Число гэпов уменьшилось с 29 до 8, инделей — с 7 до 3. Локальное выравнивание здесь информативнее глобального, так как точнее охватывает гомологичную область.

5. Выравнивание неродственных белков

Взята пара с разными мнемониками: RAPA_ECOLI (RNA polymerase-associated protein RapA) и OPPA_BACSU (Oligopeptide-binding protein OppA).

Выравнивания: rapa_oppa.needle, rapa_oppa.water

Таблица 3. Глобальное выравнивание (needle)

ID 1 ID 2 Score % Identity % Similarity Gaps Indels (3)
RAPA_ECOLI OPPA_BACSU 27.5 5.1% 9.6% 1009 18

Таблица 4. Локальное выравнивание (water)

ID 1 ID 2 Score % Identity % Similarity Gaps Indels (3) Coverage 1 Coverage 2
RAPA_ECOLI OPPA_BACSU 68.0 20.2% 30.0% 171 23 39.3% 66.2%

(3) См. сноску к таблице 1.

Как и ожидалось для неродственных белков, вес обоих выравниваний очень низкий. Глобальное выравнивание состоит в основном из гэпов (1009), идентичных позиций всего 5.1%. Локальное выравнивание находит участок с 20% идентичности, но для такой длины и с таким числом гэпов это случайное сходство. Water всегда находит какой-нибудь полходящий участок, даже если гомологии нет.

6. Множественное выравнивание и Jalview

RAPA. Рекомендованное имя белка: RNA polymerase-associated protein RapA. В Swiss-Prot нашлось 126 записей.

Список выбранных идентификаторов: rapa.txt

Последовательности получены из него программой seqret и выровнены программой muscle с параметрами по умолчанию: результат seqret, файл с выравниванием

Проекст с выравниванием: rapa_alignment.jvp

В выравнивании три группы белков, и гомологичны друг другу только белки внутри групп.

  1. Белки из организмов ECOLI, SALTY, CITK8, SHESH выровнялись хорошо, гэпов почти нет.

    • Наиболее консервативные участки: 7–26, 172–190, 576–590, 600–616.

    • Наименее консервативные участки: 434–491, 644–702, 898–935, 952–986.

  2. Белки из организмов DICDI и DIPOM. Гомологичны друг другу: 143 из 184 совместно выровненных позиций идентичны. С белками первой группы они не гомологичны.

  3. RAPA_BACSU. Не гомологична ни одному из белков: её последовательность раздроблена гэпами на короткие фрагменты по всей длине выравнивания.

Таким образом, одинаковая мнемоника в Swiss-Prot не гарантирует гомологии: под RAPA скрываются как минимум три неродственных семейства белков.