Сравнение предсказаний трансмембранных участков в β-листовом белке

В базе данных OPM моё внимание привлёк комплекс мембранных белков TOM, который изгибает митохондриальную мембрану (Рис. 1). Комплекс находится во внешней мембране митохондрии.

Рис. 1. Изображение комплекса TOM (7vby) из записи OPM. Сторона митохондриальной мембраны, обращённая в цитоплазму, обозначена красными точками, в межмембранное пространство митохондрии - синими. Из изображения видно, как комплекс изгибает оба слоя мембраны - радиус кривизны составляет 110 Å. Наиболее инересный белок - TOM40 - димеризован и является β-бочонком.

Данный комплекс состоит из ряда белков:

  • TOM5_HUMAN
  • TOM6_HUMAN
  • TOM7_HUMAN - стабилизирует комплекс, позитивный регулятор транслокации PRKN внутрь поврежденной митохондрии.
  • TOM20_HUMAN и TOM22_HUMAN - рецепторный комплекс, ответственный за распознавание и транслокацию незрелых митохондриальных белков, синтезированных в цитоплазме клетки.
  • TOM40_HUMAN - каналообразующий белок, необходимый для импорта в митохондрию белков-прекурсоров. Играет важную роль в сборке дыхательной цепи митохондриальной мембраны.

Далее более подробно будем рассматривать белок TOM40_HUMAN.

Согласно данным OPM трансмембранные сегменты следующие:

  • 101-108
  • 115-120
  • 127-137
  • 147-153
  • 161-166
  • 172-180
  • 187-196
  • 199-206
  • 216-223
  • 231-236
  • 247-255
  • 260-264
  • 271-276
  • 284-289
  • 297-305
  • 313-317
  • 324-330
  • 337-344
  • 352-359

Напомню, TOM40_HUMAN состоит из β-листов и представляет из себя канал. Трансмембранные участки и участки между ними достаточно короткие, в пределах 3-12 аминокислот.


Предсказание

Рис. 2. Предсказание топологии TOM40_HUMAN DeepTMHMM. Программа посчитала абсолютно всю последовательность обращенной во внутрь клетки со 100%-ной вероятностью.

Программа предсказала, что полипептидная последовательность находится вне мембраны, смотрит в цитоплазму и является глобулярным. Столь странное предсказание (рис. 2) можно объяснить тем, что данный белок является каналом, причем довольно внушительных размеров (раз способен пропускать белки-прекурсоры) - это значит, что внутренняя часть канала (не обращенная в билипидный слой) контактирует с веществом цитоплазмы и межмембранного протранства митохондрии. Соответственно, внутренняя часть канала выполнена из положительно заряженных гидрофильных аминокислот. Программа, считывая обилие положительно заряженных гидрофильных аминокислот, приходит к выводу, что белок целиком обращен в цитоплазму клетки.

На вопрос, почему программа посчитала, что белок глобулярный, могу лишь предположить, что программа "свернула" белок неправильно - внутреннюю гидрофильную часть канала вывернула наружу, а внешнюю гидрофобную часть - вовнутрь глобулы.

Предсказание можно посмотреть и в текстовом виде: в формате 3line - файл содержит строку с идентификаторами белка и его структурой, строку с последовательностью и строку с положением аминоксилоты выше относительно мембраны (в данном случае третья строка состоит только из "I"); или gff3 - файл содержит информацию о числе аминокислотных остатков в белке, число трансмембранных участков и список последовательно идущих участков с их положением относительно мембраны.


Сравнение предсказаний трансмембранных участков в α-спиральном белке

Моя структура - 4r0c. Она представляет собой димер YdaH транспортера (рис. 3).

YdaH транспортер (YdaH transporter) - Q0VR69_ALCBS - это белок бактерии Alcanivorax borkumensis, принадлежащий семейству транспортеров пара-аминобензоил-глутамата.

Рис. 3. Изображение белка 4r0c из записи OPM. Красным обозначена внешняя сторона мембраны клетки, синим - внутренняя.

Предсказание

ТM по OPM:

  • 1 (21-42)
  • 2 (82-98)



  • 3 (178-194)
  • 4 (206-222)
  • 5 (254-271)
  • 6 (290-309)
  • 7 (336-354)
  • 8 (375-392)
  • 9 (396-412)
  • 10 (418-433)
  • 11 (469-486)

Предсказание (вырезка из gff3)

  • 1: 24-40
  • 2: 87-97
  • ?: 123-133
  • ?: 135-144
  • ?: 159-172

  • 4: 207-224
  • 5: 255-272
  • 6: 294-309
  • 7: 334-351
  • 8: 377-394
  • 9: 396-405
  • ~10: 423-447
  • 11: 468-480
Рис. 4. Предсказание топологии YdaH транспортера.

Выше я сопоставил трансмембранные участки (ТМ) по OPM и предсказанные DeepTMHMM участки. На рисунке 4 - графическая иллюстрация предсказанных трансмембранных участков.

В большинстве случаев DeepTMHMM достаточно точно и корректно предсказал трансмембранные участки. Программа допустила серьёзную ошибку на участке с 98 по 178 аминокислоты - программа нашла три трансмембранных участка в промежутке между 2 и 3 реальными трансмембранными участками, и при этом не признал участок №3 за трансмембранный. Кроме того, заметно съехали границы трансмембранного участка №10.