Атлас контактов 6FBB

Описание белка

Связывание коротких неупорядоченных пептидов с доменами глобулярных белков очень важно для широкого спектра клеточных процессов, включая такие как преобразование различных сигналов, белковый транспорт и иммунный ответ. Белок-пептидные взаимодействия вовлечены в широкий круг клеточных процессов и заметно чаще в них принимают участие, нежели считается. Примечательно, что, по некоторым оценкам, около 40% всех белковых взаимодействий являются процессами присоединения 3 – 10-аминокислотных пептидов к большим белковых доменам. Беспорядочная природа протеин-пептидных взаимодействий является их очевидным общим свойством, например, определённые части пептидов вносят очень малый вклад (или не вносят его вообще) в сродство к белку и таким образом могут содержать различные аминокислоты, в то время как состав важных для связывания частей жёстко определён. Конечно, многие семейства белков распознают разные наборы пептидных последовательностей, удовлетворяющих типичным шаблонам. Например, SH3-домены связывают последовательности, содержащие P-X-X-P части, где Х – это любая аминокислота, а Р – это пролин, а для PDZ-доменов целями являются только короткие последовательности, находящиеся на экстремальном C-конце белков. Сейчас известны более 100 подобных различных линейных фрагментов, однако многие ещё не открыты. Предполагаемые новые линейные фрагменты могут быть найдены путём поиска очень часто встречающихся шаблонов последовательностей в эволюционно связанных белках или в неродственных, но имеющих сходные функции и характеристики. Эти методы, однако, неудобны тем, что имеют слабые статистические сигналы, и тем, что не могут найти пептидные сегменты, которые вовлечены в очень малое количество взаимодействий или которые не являются линейными фрагментами. Малые вариации в специфичности субъединиц домена, которые не являются просто линейными фрагментами, очень сильно влияют на их биологическую функцию. По этой причине очень важно понять в деталях молекулярную основу белок-пептидного распознавания.

Перейдём к описанию непосредственно нашей молекулы. PBD ID: 6FBB, UniProt ID (chain A): 1433S_HUMAN, UniProt ID (chain P): SHRM3_HUMAN, разрешение: 1.3А, то есть атомы водорода видны в структуре. Данная молекула состоит из двух неравных по длине цепей (236 АО в А-цепи и 5 АО в Р-цепи), удерживающихся вместе за счёт водородных связей. Белок состоит исключительно из спиралей, преимущественно альфа-типа.

Скачать скрипт на магний Скачать скрипт на хлор Скачать скрипт на контакты Скачать скрипт гиброфобного ядра Скачать скрипт контактов с лигандами

Описание лигандов

1. Ион магния

Название по IUPAC – magnesium ion

Химическая формула – Mg2+

Брутто-формула – Mg2+

Молярная масса – 24,305 г/моль

Идентификатор PubChem – 888

2. Хлорид-ион

Название по IUPAC – cloride ion

Химическая формула – Cl-

Брутто-формула – Cl-

Молярная масса – 35,45 г/моль

Идентификатор PubChem – 312

Описание связи между мономерами белка

Все контакты между двумя цепями белка были выделены при помощи команды "contact {:A and not water} {:P and not water}". Цепи оказались связаны исключительно водородными связями, и в данном обзоре было рассмотрено шесть из них. Связь [SER]1240:P.OG – [TRP]230:A.NE1 имеет расстояние в 2.91 А и угол в 152.4 градуса. Связь [ARG]1241:P.O – [ASN]226:A.ND2 имеет расстояние в 2.82 А и угол в 166.3 градуса. Связь [ARG]1241:P.N – [ASN]226:A.OD1 имеет расстояние в 2.79 А и угол в 166.8 градусов. Связь [ARG]56:A.NH1 – [SEP]1242:P.O1P имеет расстояние в 2.96 А и угол в 173.1 градус. Связь [ARG]56:A.NH2 – [SEP]1242:P.O3P имеет расстояние в 2.95 А и угол в 159.3 градуса. Связь [ARG]129:A.NH1 – [SEP]1242:P.O3P имеет расстояние в 2.84 А и угол в 168.8 градусов. Все эти данные соответствуют стандартным параметрам водородных связей.

Описание гидрофобного ядра

В качестве гидрофобного ядра был выбран остаток [TYR]151:A. Остаток полностью закрывается соседними атомами на расстоянии в 5 А. Соответственно, можно принять, что среднее расстояние между атомами равно 4 - 5 А. Чтобы рассчитать, поместится ли молекула воды между двумя соседними атомами, возьмём самые маленькие атомы – атомы кислорода (радиус равен 1.4 А). Расстояние между атомами занято одним радиусом одного атома, одним радиусом второго атома и двумя радиусами атома воды. То есть требуется минимум расстояние в 4 ⨯ 1.4 А = 5.6 А. Это больше расстояния между центрами атомов, так что молекула воды не сможет поместиться в эту структуру. То есть это настоящее гидрофобное ядро.

Описание взаимодействий с лигандами

В нашем белке присутствуют только неорганические ионы в качестве лигандов, так что они могут связываться с белком только посредством простого электростатического взаимодействия. При помощи команды "contact {protein} {ligand}" были найдены все контакты между белком и лигандами. Как и предполагалось, лиганды оказались связаны с противоположенно заряженными атомами и аминокислотыми остатками, однако особенный интерес представляет связь 304:A.Cl – [ASP]156:A.O, так как она возникает между двумя одинакоко заряженными атомами. Мы предполагаем, что это на самом деле водородная связь, а атом водорода появляется там в следствие кето-енольной таутомерии.

Личный вклад

Александра Горбонос описала белок и взаимодействия между цепями, принимала участие в написании скриптов. Софья Манзон сделала описание лигандов, соответствующие скрипты для них и занималась оформлением отчёта. Иван Черных написал скрипт для отображения связей между цепями белка и для гидрофобного ядра, а также описал его и подобрал литературу.

Литература

  1. Jeffrey, George A.; An introduction to hydrogen bonding, Oxford University Press, 1997
  2. Основы биохимии Ленинджера. Д. Нельсон, М. Кокс
  3. Prokop J. W. et al. Characterization of coding/noncoding variants for SHROOM3 in patients with CKD //Journal of the American Society of Nephrology. – 2018. – Т. 29. – №. 5. – С. 1525-1535.
  4. Bhattacherjee A., Wallin S. Exploring protein-peptide binding specificity through computational peptide screening //PLoS computational biology. – 2013. – Т. 9. – №. 10. – С. e1003277.