Практикум 7. Трансмембранные белки

Задачей данного практикума является сравнение предсказаний трансмембранных участков белка двумя методами: с помощью базы данных OPM (Orientation of Proteins in the Membrane) и сервиса DeepTMHMM.

В качестве исследуемого обьекта был предложен белок с PDB ID 6zhg. Данный белок является кальций-зависимой АТФазой бактерии Listeria monocytogenes serovar 1/2a (strain ATCC BAA-679 / EGD-e). Данный белок локализуется на плазматической мембране и, будучи АТФазой, использует энергию гидролиза АТФ для перекачки ионов кальция против градиента концентрации наружу (в периплазму). Uniprot AC — Q8Y8Q5.

Сначала проанализируем информацию о трансмембранных участках белка 6zhg в базе данных OPM. Координаты трансмембранных участков белка, приведенные в OPM: 1(57-75), 2(76-92), 3(240-264), 4(273-297), 5(680-701), 6(709-727), 7(756-776), 8(782-803), 9(819-840),10(850-874). Как можно заметить, в базе данных OPM находятся 10 предсказанных трансмембранных участков, являющиеся альфа-спиралями. Рисунок исследуемого белка представлен на рис. 1.

Картинка
Рисунок 1. Трехмерная структура белка 6zhg, визуализированная в GLMol. Красными кружками обозначена наружняя сторона мембраны (периплазматическая), синими — цитоплазматическая.

Далее проанализируем структуру белка с помощью сервиса DeepTMHMM. Последовательность белка былв а взята с UniProt. Результат выдачи программы изображен на рис. 2.

Картинка
Рисунок 2. Графики, которые были представлены в выдаче сервиса DeepTHMM по последовательности белка 6zhg. На верхней части рисунка изображен график с наиболее вероятной топологией белка (по оси абсцисс указаны позиции в последовательности белка, по оси ординат — наиболее вероятная топология участков белка). На нижнем графике, по сути, представлен тот же самый график, но с той разницей, что по оси ординат отложена вероятность того, что данная аминокислотная позиция соответствует указанной топологии (трансмембранный, внутриклеточный или внеклеточный участок).

Проанализируем результаты предсказаний этих двух сервисов. В таблице 1 представлены полученные данные предсказанных трансмембранных участков.

Таблица 1. Координаты трансмембранных участков, предсказанные с помощью OPM и DeepTHMM.
Трансмембранный участок OPM DeepTMHMM
1 57-75 57-72
2 76-92 77-95
3 240-264 239-257
4 273-297 279-294
5 680-701 681-701
6 709-727 710-728
7 756-776 757-777
8 782-803 785-802
9 819-840 820-835
10 850-874 854-874

Если посмотреть на таблицу, видно, что результаты двух методов очень похожи. Оба предсказали одинаковое количество трансмембранных спиралей — десять. Ни одну из спиралей ни один метод не пропустил.

Границы спиралей немного отличаются — в среднем на 2–4 аминокислоты, но это небольшая разница. В целом участки, которые оба метода считают трансмембранными, перекрываются. Можно сказать, что результаты хорошо согласуются друг с другом и значимых расхождений нет.