Атлас контактов 1KEG

Введение

Идентификаторы: NDB ID: PD0276 PDB ID: 1KEG

Антигенсвязывающий фрагмент (Fab) антитела 64М-2 с dTT(6-4)TT

dTT(6-4)TT – эпитоп молекулы ДНК,которая возникает вследствие облучения НК ультрафиолетом и является причиной мутагенеза, особенно в период репликации ДНК. В данной моделе представленно монокланальное антитело 64М-2, высокоспецифичное только к данному виду повреждений: для идентификации (6-4) фотопродуктов и их количественного определения. [1],[2]

Данное искусственное антитело не несет биологических функций.

В этом обзоре рассматривается антигенсвязывающий участок, состоящий из 2 цепей: легкой (L) и тяжелой (H). Каждая цепь состоит из вариабельного домена (VL или VH, соответственно) и консервативного (CL или CH).

Вторичная структура Fab представлена преимущественно β-листами и соединяющими петлями, а также α-спиралями (рис. 1).

Белочек

Рис. 1
Модель комплекса 1KEG.

Лиганды

В моделе присутствуют два лиганда: ион никеля (Ni2+) и молекула dTT(6-4)TT.

Никель
Никель не является кофактором для антитела. В данном случае он присутсвует как примесь, которая появилась на стадии изготовления раствора для кристаллизации.[1]


Интересный момент:
В PDB файле в строках LINK у никеля присутствуют 4 связи (3 связи с Asp-1 и 1 связь с His-189), хотя внутри одного белка Ni образует связи только с Asp-1. Четвертая связь образуется с соседней молекулой белка, при образовании кристалла. 

Название по IUPAC:    Nickel ion

Химическая формула:   Ni2+

Молярная масса:       59 г/моль

Индефикатор PubChem:  935

Никель

dTT(6-4)TT
dTT(6-4)TT, как уже говорилось выше, представляет из себя эпитоп поврежденной ультрафиолетом молекулы ДНК.
По строению dTT(6-4)TT является одноцепочечным олигонуклеотидом ДНК, содержащий четыре последовательных тимидильных остатка, Т1, Т2, Т3 и Т4, расположенных в направлении от 5'-конца к 3'-концу, с образованием пиримидинового димера между T2 и T3 - (6-4).[2] 

Название по IUPAC:    [(2R,4S,5R,10S,11R,13R,18R,19S)-8,18-dihydroxy-4-[hydroxy-[[(2R,3S,5R)-3-hydroxy-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)oxolan-2-yl]methoxy]phosphoryl]oxy-18,24-dimethyl-8,15,17,22-tetraoxo-7,9,12,26-tetraoxa-1,14,16,21-tetraza-8λ5-phosphapentacyclo[18.2.2.12,5.110,13.014,19]hexacosa-20,23-dien-11-yl]methyl [(2R,3S,5R)-5-(5-methyl-2,4-dioxopyrimidin-1-yl)-2-(phosphonooxymethyl)oxolan-3-yl] hydrogen phosphate

Химическая формула:   C40H54N8O29P4

Молярная масса:       1235 г/моль

Индефикатор PubChem:  71627169

Никель

Никель связывается с Asp-1 легкой цепи Fab за счет координационных связей.
Никель взаимодействует с:
    Атомом азота остова (N), расстояние 1.89 Å
    Атомом кислорода остова (O), расстояние 2.19 Å
    Атомом кислорода боковой цепи (OD1), расстояние 2.24 Å
Скрипт

1. Взаимодействие DT-3 и боковой цепи Trp-33 параллельным стэкингом.
2. Взаимодействие 64T-2 и бокой цепи Tyr-100I перпендикулярным стэкингом (T-стекингом).
Скрипт

1. Водородное взаимодействие между DT-3 и His-35.
    Учавствующие атомы: азот боковой цепи гистидина (NE2), кислород (O2) и углерод (C2) остатка DT-3
    Расстояние O2-NE равно 2.8 Å
    Угол C2-O2-NE равен 167.1°
2. Водородное взаимодействие между 64T-2 и Arg-95.
    Учавствующие атомы: азот боковой цепи аргинина (NE), кислород (O2) и углерод (C2) остатка 64T-2
    Расстояние O2-NE равно 2.9 Å
    Угол C2-O2-NE равен 118.4°
Скрипт

Внутри белковые взаимодействия

Солевые мостики

Поиск солевых мостиков происходил с помощью выделения всех аминокислот, которые способны ионизироваться по бокой цепи (положительные - Lys, Arg, His; отрицательные - Asp, Glu), а далее поиска в ручном режиме аминокислот, боковые цепи которых находятся на расстоянии не более, чем 3.5 Å. Также важно отметить, что между рассмотренными остатками также образуются и водородные связи.

При изучении структуры удалось обнаружить большое количество солевых мостиков внутри белка, однако в этом проекте рассмотренны только 2 мостика. Подробнее в апплете внизу.

Дисульфидные мостики

Поиск дисульфидных мостиков проводился двумя методами. Первый - выделение всех цисцеинов (Cys), всего в Fab их девять штук, а после - просмотр тех cys, которые ковалентно связаны между собой. Таковых оказалось восемь штук. Девятый цисцеин находится внтури L цепи Fab. Он нужен для связывания легкой цепи с десятым цисцеиным тяжелой цепи, который не попал в модель. Второй метод - в PDB файле найти строки SSBOND. Таких строк оказалось четыре, это значит, что в структуре присутвуют 8 цисцеинов, которые образуют дисульфидные мостики.

В апплете доступны 4 дисульфидных мостика для рассмотрения.

Гидрофобные взаимодействия

Гидрофобные взаимодействия между H и L цепями были найдены при помощи выделения всех гидрофобных аминокислот (Gly, Val, Leu, Ile, Trp, Fhe, Met, Pro, Ala) и удаления атомов остова. Далее были найдены скопления гидрофобных боковых цепей.

Результаты поиска представлены в апплете ниже.

Водородные связи

Водородные связи были найдены в структуре с помощью команды "hbonds calculate".

В апплете представлены водородные связи поддерживающие α-спирали и β-листы.

Гидрофобное ядро

Основным объектом ядра стал выбран Tyr-36.

Для скрытия Tyr-36 - 5 ангстрем, хотя с одной из сторон есть большой пустой участок. Среднее расстояние между ядрами не связанных ковалентно атомов составляет, примерно, 5.18Å. Если сделать допущение, что молекула воды имеет диаметр в 3Å, то можно говорить о том, что между в этот пустой учаток может поместиться молекула воды.

Двойной-стэкинг

При изучении структуры очень интересным оказалось взаимодействие между остатками Tyr-49, Tyr-100 и Phe-55.

В данном взаимодействии Tyr-100 одновременно учавствует в двух Т-стэкинг взаимодействиях. В первом случае, с Tyr-49, как ножка буквы Т, а во втором случае как шляпка.

1. Солевой мостик между атомом азота (NZ) Lys-66 и атомом кислорода (OD2) Asp-86.
    Расстояние между кислородом и азотом равно 2.91Å
2. Солевой мостик между атомом азота (NZ) Lys-142 и атомами кислорода (OE1 и OE2).
    Расстояние между атомом OE1 и NZ равно 2.88Å
    Расстояние между атомом OE2 и NZ равно 3.16Å
Скрипт

Гидрофобные взаимодействия между легкой (красная) и тяжелой (синяя) цепями.
Скрипт

Ядро строится вокруг Tyr-36
hole
Скрипт

1. Дисульфидный мостик между Cys-22 и Cys-92
    Расстояние SG-SG 2.03Å
2. Дисульфидный мостик между Cys-23 и Cys-88
    Расстояние SG-SG 2.02Å
3. Дисульфидный мостик между Cys-134 и Cys-194
    Расстояние SG-SG 2.03Å
4. Дисульфидный мостик между Cys-142 и Cys-208
    Расстояние SG-SG 2.02Å
Скрипт

1. α-спираль от Lys-183 до Arg-188 легкой цепи.
    Расстояние от атома O Asp-184 до атома N Arg-188 равно 2.98Å
    Расстояние от атома O Lys-183 до атома N Glu-187 равно 2.87Å
2. Участок β-листа от Phe-62 до Ile-75 легкой цепи.
    Расстояние от атома O Lys-74 до атома N Ser-63 равно 3.06Å
    Расстояние от атома O Ser-63 до атома N Lys-74 равно 2.82Å
    Расстояние от атома O Thr-72 до атома N Ser-65 равно 2.87Å
    Расстояние от атома O Ser-65 до атома N Thr-72 равно 2.74Å
    Расстояние от атома O Asp-70 до атома N Ser-67 равно 2.94Å
    Расстояние от атома O Ser-67 до атома N Asp-70 равно 3.62Å
    Расстояние от атома O Ser-67 до атома N Thr-69 равно 2.81Å
Скрипт

Красивые картинки

Ниже представлены красивые иллюстрации, сделанные в программе PyMol

Личные вклады участников

Гуков Борис

Написание сценариев для апплетов, а также техничегое оформление сайта.

Каштан Ангелина

Анализ литературных источников

Литвинова Анастасия

Анализ литературных источников и текстовое оформление задания

Крок

Список литературы

[1]-Yokoyama, H.; Mizutani, R.; Satow, Y.; Sato, K.; Komatsu, Y.; Ohtsuka, E.; Nikaido, O. Structure of the DNA (6-4) photoproduct dTT(6-4)TT in complex with the 64M-2 antibody Fab fragment implies increased antibody-binding affinity by the flanking nucleotide. Acta Crystallogr. Sect. D Biol. Crystallogr. 2012, 68, 232–238
https://doi.org/10.1107/S0907444912000327

[2]- Yokoyama, H.; Mizutani, R. Structural Biology of DNA (6-4) Photoproducts Formed by Ultraviolet Radiation and Interactions with Their Binding Proteins. Int. J. Mol. Sci. 2014, 15, 20321-20338.
https://doi.org/10.3390/ijms151120321