Третий семестр

Исследование ДНК-белковых взаимодействий в структуре комплекса белка-инициатора транскрипции и фрагмента ДНК.

Краткое описание структуры в файле 1РР8.pdb


Это ДНК-белковый комплекс из бактерии Trichomonas vaginalis.В файле приведены координаты атомов следующих молекул:
-белок(IBP39)(цепи U,P,F,V,M,O)
-фрагмент молекулы ДНК (цепи E,I,Y,K,T,R,J,G)

Для исследования были выбраны цепь M белка и цепи R,Y, представляющие ДНК со следующей последовательностью:


цепь Y [26] 5' - gtcacttcacat - 3' [37] 
                  |||||||||||  
цепь R [14] 3' -  agtgaagtgtac  - 5' [3],
    

где 26 и 37, 3 и 14 - номера первого и последнего нуклеотида.



Функции белка, структура которого представлена в файле 1РР8.pdb

На сайте UniProt ничего не написано о функциях, поэтому я приведу характеристику организма. Trichomonas vaginalis вызывает урогенитальный трихомониаз (Trichomonas vaginalis infection) - инфекционное заболевание мочеполовых органов, передаваемое половым путем. Частота инфицирования трихомониазом клинически здоровых женщин в развитых странах составляет 2-10% и в развивающихся 15-40%. В США ежегодно регистрируют примерно 3 млн новых случаев заболевания женщин (это приблизительно 2,4%). В подавляющем большинстве случаев трихомониаз у мужчин протекает асимптомно (70-80%),что порождает мифы о том,что мужчины не болеют трихомониазом.
Информация взята с сайтов
http://humbio.ru/Humbio/infect_har/0003c7f1.htm
http://primer.ru/articles/sti/referat_info/trich_2001.htm


Исследование структуры ДНК

Структура ДНК была исследована с помощью программ find_pair и analyze. Исследуемая ДНК оказалась В-формой (результат). Затем были определены средние значения торсионных углов для внутренних нуклеотидов (вспомогательный файл). Были найдены самы кривые нуклеотиды со значениями торсионных углов, наиболее отклоняющимися от средних.(результат Эти значения были определены визуально, по-моему, самый кривой нуклеотид С30, так как значение его угла бета=65,50, при среднем значении 176.25, угла гамма -174,60 при среднем значении 50.42. Значения других углов так же сильно отличаются от средних значений. А на второй цепи самый кривой нуклеотид G6, но у него сильно отличаются только значения углов бета, гамма, эпсилон, а значения углов дельта, зета, чи примерно равны средним значениям.

Исследование природы ДНК-белковых контактов

1) Будем считать полярными атомы кислорода и азота, а неполярными атомы углерода, фосфора и серы. Назовем полярным контактом ситуацию, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5Å. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5Å.
Написав скрипт и использовав RasMol, можно заполнить следующую таблицу.

2)Контакты разного типа в комплексе 1РР8.pdb

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	2	14	16
остатками фосфорной кислоты	10	10	20
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	1	6	7
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	1	1	2


3)Самое большое число контактов у фосфорной кислоты, т.к. она отрицательно заряжена, так же много контактов у дезоксирибозы, особенно неполярных. Наверно это вызвано удобным - "боковым" - расположением сахара. Контактов белка с азотистыми основаниями меньше, чем с рибозой и фосфорной кислотой. Видимо эти контакты стерически неудобны, так как основания находятся как бы "внутри" молекулы ДНК. Контактов с большой бороздко на 5 больше, чем с малой, так как площадь контакта больше.

Получение популярной схемы ДНК-белковых контактов с помощью nucplot

В Putty была введена команда nucplot 1PP8_old.pdb, в результате ничего не получилось, предположительно из-за большого количества цепей (15). Поэтому с помощью RasMol я вырезала исследуемые цепи (M,R,Y) и создала файл 1PP8NEW.PDB, применила к нему команду remediator, получила файл 1PP8new_old.pdb, а затем с помощью команды nucplot 1PP8new_old.pdb получилась картинка со схемой ДНК-белковых контактов.

Комментарии:Программа Nucplot выдала 9 контактов с остатком фосфорной кислоты и 2 контакта с остатком дезоксирибозы, а RasMol нашел по 12 контактов с остатком фосфорной кислоты и остатком дезоксирибозы. Возможно, это различие из-за того, что nucplot ищет связи между аминоскислотами и основаниями, принимая во внимание предпочтительность одних связываний другим, а RasMol искал непоследственно контакты между атомами, основываясь на их отдалённости друг от друга. Nucplot нашел 3 контакта с основаниями. Выбранный нуклеотид С33 на цепи Y (как самый "кривой" с точки зрения торсионных углов), контактирует с Asn81, возможно, из-за этого он такой кривой. Нуклеотид T7 на цепи R контактирует с той же аминокислотой.

Возможный(е) распознающий(е) контакт(ы)

При выборе возможных распознающих контактов я искала контакты аминокислот непосредственно с азотистыми основаниями, а не с остовом. Вцелом, контактов оказалось не так уж и много, а именно 4. По-моему, они все являются распознающими контактами, 12 и 13 нуклеотиды (TG - цепь R) связаны с лизином25, а 7 (цепь R) и 33 (цепь Y) нуклеотиды (TC) связаны с аспарагином81. Эта последовательность ДНК является палиндромом и контакты с белком практически симметричны. Хотя, учитывая результаты задания3 (наибольшее искривление в районе С35 цепи Y и Т5 цепи R) пара 7 и 33 нуклеотидов более вероятно является распознающими контактами, т.к. ближе к деформации в цепи и просто гармоничнее выглядит, хотя последний аргумент весьма субъективен.)
Вот эти пары:


12 и 13 нуклеотиды (TG), связанные с лизином25.	7 и 33 нуклеотиды (TC),с вязанные с аспарагином81.




Характеристика ДНК-связывающего домена IBD.

С помощью инструментов Pfam определена доменная структура белка из исследуемого комплекса.





Source	Domain	Start	End
PfamA	IBD	22	154


Полное название ДНК-связывающего домена - Transcription-initiator DNA-binding domain IBD - инициирующий транскрипцию ДНК-связывающий домен IBD.
Похоже, что Trichomonas vaginalis - самый ранний сохранившийся эукариот. В нем начальным инициирующим элементом, контролирующим начало транскрипции, является INR, который распознается связывающим белком-инициатором IBP39. IBP39 содержит N-концевой Inr связывающий домен,IBD, соединенный с С-концевым доменом с помощью подвижного, протеолитически чувствительного линкера (остатки 127-145). Структура Ibd находится в виток-спираль-виток конформации с каждым элементом связанным с ДНК, а центральная спираль-поворот-спираль конформация способствует появлению специфических контактов с основным мотивом TCAPy(T/A) в элементе Inr. Связывание IBP39 с Inr вызывает иницииацию транскрипции.