Мембранные белки

На главную страницу четвертого семестра

 Задача — предсказать топологию мембранного белка и сравнить предсказание 
с ориентированной в мембране 3D-структурой  белка-прототипа.
Идентификаторы: 

белок-прототип             AC UniProt P02722 
                               PDB ID     1OKC

белок для исследования Q8AYM3_CHICK: AC UniProt  Q8AYM3

Построение парного выравнивания исследуемого белка и заданного прототипа
  	Т.к. последовательности и нумерация остатков в БД PDB и  БД UniProt могут 
различаться, поэтому необходимо было получить и сравнить обе последовательности 
белка-прототипа. 
	В БД UniProt была получена последовательность белка-прототипа (запрос:
[uniprot-AccNumber:P02722*]). 
	На главной страничке сайта PDB в поле 
запроса был введен ID белка-прототипа. На появившейся страниче, с помощью опции  
Download Files > FASTA Sequence, была сохранена последовательность белка-прототипа.
С помощью программы needle было сделано выравнивание данных последовательностей:

needle prot1.fasta prot2.fasta aln.needle -auto


ВЫРАВНИВАНИЕ:


      

        

          




########################################
# Program: needle
# Rundate: Tue Apr 10 2007 13:07:04
# Commandline: needle
#    [-asequence] prot1.fasta
#    [-bsequence] prot2.fasta
#    [-outfile] aln.needle
#    -auto
# Align_format: srspair
# Report_file: aln.needle
########################################

#=======================================
#
# Aligned_sequences: 2
# 1: ADT1_BOVIN
# 2: SEQUENCE
# Matrix: EBLOSUM62
# Gap_penalty: 10.0
# Extend_penalty: 0.5
#
# Length: 298
# Identity:     297/298 (99.7%)
# Similarity:   297/298 (99.7%)
# Gaps:           1/298 ( 0.3%)
# Score: 1542.0
# 
#
#=======================================

ADT1_BOVIN         1 MSDQALSFLKDFLAGGVAAAISKTAVAPIERVKLLLQVQHASKQISAEKQ     50
                      |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SEQUENCE           1 -SDQALSFLKDFLAGGVAAAISKTAVAPIERVKLLLQVQHASKQISAEKQ     49

ADT1_BOVIN        51 YKGIIDCVVRIPKEQGFLSFWRGNLANVIRYFPTQALNFAFKDKYKQIFL    100
                     ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SEQUENCE          50 YKGIIDCVVRIPKEQGFLSFWRGNLANVIRYFPTQALNFAFKDKYKQIFL     99

ADT1_BOVIN       101 GGVDRHKQFWRYFAGNLASGGAAGATSLCFVYPLDFARTRLAADVGKGAA    150
                     ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SEQUENCE         100 GGVDRHKQFWRYFAGNLASGGAAGATSLCFVYPLDFARTRLAADVGKGAA    149

ADT1_BOVIN       151 QREFTGLGNCITKIFKSDGLRGLYQGFNVSVQGIIIYRAAYFGVYDTAKG    200
                     ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SEQUENCE         150 QREFTGLGNCITKIFKSDGLRGLYQGFNVSVQGIIIYRAAYFGVYDTAKG    199

ADT1_BOVIN       201 MLPDPKNVHIIVSWMIAQTVTAVAGLVSYPFDTVRRRMMMQSGRKGADIM    250
                     ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SEQUENCE         200 MLPDPKNVHIIVSWMIAQTVTAVAGLVSYPFDTVRRRMMMQSGRKGADIM    249

ADT1_BOVIN       251 YTGTVDCWRKIAKDEGPKAFFKGAWSNVLRGMGGAFVLVLYDEIKKFV    298
                     ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SEQUENCE         250 YTGTVDCWRKIAKDEGPKAFFKGAWSNVLRGMGGAFVLVLYDEIKKFV    297


#---------------------------------------
#---------------------------------------






Вывод:
Последовательноть белка-прототипа из БД UniProt и последовательность того же белка, но
из БД PDB практически идентичны (Identity 99.7%), отличаются лишь первым элементом. Нумерация 
отличается на единицу и идет со второго атома. 

	Далее идентификатору UniProt была получена последовательность заданного белка (Q8AYM3_CHICK). 
Запрос:[uniprot-AccNumber:Q8AYM3*]. С помощью программы needle было
построено выравнивание последовательностей заданного белка (Q8AYM3_CHICK) и 
белка-прототипа (последовательность из БД PDB).
  
  needle serch.fasta prot2.fasta aln1.needle -aformat3 msf

ВЫРАВНИВАНИЕ:


      

        

          




########################################
# Program: needle
# Rundate: Tue Apr 10 2007 13:21:47
# Commandline: needle
#    [-asequence] serch.fasta
#    [-bsequence] prot2.fasta
#    [-outfile] aln2.needle
#    -auto
# Align_format: srspair
# Report_file: aln2.needle
########################################

#=======================================
#
# Aligned_sequences: 2
# 1: Q8AYM3_CHICK|
# 2: SEQUENCE
# Matrix: EBLOSUM62
# Gap_penalty: 10.0
# Extend_penalty: 0.5
#
# Length: 298
# Identity:     267/298 (89.6%)
# Similarity:   285/298 (95.6%)
# Gaps:           1/298 ( 0.3%)
# Score: 1425.0
# 
#
#=======================================

Q8AYM3_CHICK|      1 MADQAISFLKDFLARGVAAAISKTAVAPIERVKLLLQVQHASKQIAADKQ     50
                      :|||:||||||||.||||||||||||||||||||||||||||||:|:||
SEQUENCE           1 -SDQALSFLKDFLAGGVAAAISKTAVAPIERVKLLLQVQHASKQISAEKQ     49

Q8AYM3_CHICK|     51 YKGIIDCVVRIPKEQGVLSFWRGNLANVIRYFPTQALNFAFKDKYKQVFL    100
                     ||||||||||||||||.||||||||||||||||||||||||||||||:||
SEQUENCE          50 YKGIIDCVVRIPKEQGFLSFWRGNLANVIRYFPTQALNFAFKDKYKQIFL     99

Q8AYM3_CHICK|    101 GGVDKHTQFWRYFAGNLASGGAAGATSLCFVYPLDFARTRLAADVGKAGA    150
                     ||||:|.||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||..|
SEQUENCE         100 GGVDRHKQFWRYFAGNLASGGAAGATSLCFVYPLDFARTRLAADVGKGAA    149

Q8AYM3_CHICK|    151 DREFSGLGDCLVKITKSDGLRGLYQGFNVSVQGIIIYRAAYFGIYDTAKG    200
                     .|||:|||:|:.||.||||||||||||||||||||||||||||:||||||
SEQUENCE         150 QREFTGLGNCITKIFKSDGLRGLYQGFNVSVQGIIIYRAAYFGVYDTAKG    199

Q8AYM3_CHICK|    201 MLPDPRNTHIVISWMIAQTVTAVAGVVSYPFDTVRRRMMMQSGRKGADIM    250
                     |||||:|.||::|||||||||||||:||||||||||||||||||||||||
SEQUENCE         200 MLPDPKNVHIIVSWMIAQTVTAVAGLVSYPFDTVRRRMMMQSGRKGADIM    249

Q8AYM3_CHICK|    251 YSGTIDCWRKIARDEGGKAFFKGAWSNVLRGMGGAFVLVLYDEFKKVI    298
                     |:||:|||||||:|||.||||||||||||||||||||||||||.||.:
SEQUENCE         250 YTGTVDCWRKIAKDEGPKAFFKGAWSNVLRGMGGAFVLVLYDEIKKFV    297


#---------------------------------------
#---------------------------------------





Далее это выравнивание было открыто программой GeneDoc и сохранено в файле
marking.msf 
Идентичность - 89.6%.  



  
Разметка мембранных сегментов на выравнивании  
По идентификатору PDB белка-прототипа  нашел описание ориентации белка в мембране  в БД 
OPM  (Orientations of Proteins in Membranes database). 
Получилось, что в сторону межмембранного пространства 2-10, 92-111, 198-209;
                в сторону матрикса расположены сегменты  34-72, 139-171, 236-268, 293-298;
                внутри мембраны расположены сегменты 11-33, 73-91, 112-138, 172-197, 210-235, 269-292.
 

  
В файле marking.msf ниже последовательности прототипа добавил последовательность 
с названием "OPM". Позиции мембранных сегментов отмечены буквой "Н", позиции цитоплазматических петель знаком "+",
 остальные - знаком "-". 
Получил новый файл. 
Предсказание топологии заданного белка с помощью наиболее популярной программы (TMHMM)  
      
  

    Результат предсказания топологии заданного белка Q8AYM3:
в сторону межмембранного пространства распологаются сегменты 1-111, 195-208;  
в сторону матрикса  135-171, 232-298; 
внутри мембраны  112-134, 172-194, 209-231.


# Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_ Length: 298
# Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_ Number of predicted TMHs:  3
# Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_ Exp number of AAs in TMHs: 70.89884
# Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_ Exp number, first 60 AAs:  0.61985
# Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_ Total prob of N-in:        0.30300
Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_	TMHMM2.0	outside	     1   111
Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_	TMHMM2.0	TMhelix	   112   134
Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_	TMHMM2.0	inside	   135   171
Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_	TMHMM2.0	TMhelix	   172   194
Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_	TMHMM2.0	outside	   195   208
Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_	TMHMM2.0	TMhelix	   209   231
Q8AYM3_Q8AYM3_CHICK_	TMHMM2.0	inside	   232   298


  
 
 
 
Выравнивание с искусственной последовательностью, отражающей результаты данного предсказания. 
Эту последовательность назвали "TMHMM", а так же в текстовом формате "TMHMM". 
Оценка качества предсказания  

В этом задании необходимо сравнить полученное предсказание с данными OPM.
Для этого нужно было подсчитать 4 числа TP,TN,FP,FN, описание которых дано в 
таблице

  
Результаты предсказания топологии мембранного белка Q8AYM3_CHICK 
  

    

      
 
      
 Число а.к. остатков 
    
    

      
Всего а.к. остатков 
      
 298
    
    

      
Остатки, предсказанные как локализованные в мембране (всего) 
      
 69
    
    

      
Правильно предсказали (true positives, TP) 
      
 65
    
    

      
Предсказали не то, что нужно (а.о. предсказаны как мембранные, а по данным ОРМ таковыми не являются, false positives, FP) 
      
 4
    
    

      
Правильно не предсказали ( не предсказаны, и по данным ОРМ не находятся в мембране, true negatives, TN) 
      
 149
    
    

      
Не предсказали то, что нужно (остатки по данным ОРМ находятся в мембране, false negatives, FN) 
      
 80
    
    

      
Чувствительность (sensivity) = TP / (TP+FN)
      
 0.448
    
    

      
Специфичность (specificity) =TN / (TN+FP)
      
 0.974
    
    

      
Точность (precision) = TP / (TP+FP)
      
 0.942
    
    

      
Сверхпредсказание  = FP/ (FP+TP)
      
 0.058
    
    

      
Недопредсказание = FN / (TN+FN)
      
 0.349
    
  

Вывод:
Были получены следующие данные:
Чувствительность: отношение правильно предсказанных к реальному значению( TP / (TP+FN))
- способность программы отыскивать нужное - в данном случае невысокая(0.448)
Специфичность: по отношению TN/(TN+FP) можно судить о способности программы не брать лишние остатки, в данном 
случае равное 0.974
Недопредсказание = FN / (TN+FN),где TN+FN=остатки, предсказанные как немембранные,  - доля неправильно предсказанных
немембранных участков (0.349). 

На основе данных таблицы можно сделать вывод, что сервер TMHMM сделал не очень качественное
предсказание для белка Q8AYM3_CHICK, так как значение чувствительности достаточно низкое, а недопредсказания достаточно 
высокое.Общее число ошибок (80+4=84 - неправильно предсказанных позиций) составляет почти 28,19% от общего 
числа остатков исследованной последовательности (298 а.о.), что достаточно много.   

  


©Долудин Юрий