Эволюционные домены
Информация о домене:
- Название семейства: циклины
- Функция: активация циклин-зависимых киназ (CDK) для регуляции клеточного цикла
Циклины состоят из С-концевого домена и N-концевой домен циклина, который был выбран для дальнейшей работы:
- Pfam AC: PF00134
- Pfam ID: Cyclin_N
Для данного семейства представлены 86 доменных архитектур, 6213 последовательности.
Для выбранного семейства доменов скаченное из Pfam выравнивание в программе JalView раскрашено по консервативности (ClustalX, By conservation, порог консервативности 15%).
Выбранную последовательность CCNA2_HUMAN связали с 3D-структурой 1E9H. Также было сохранено выравнивание (в формате jar).
Для получения таблицы с информацией об архитектуре всех последовательностей, содержащих выбранный домен Cyclin_N, на основе которой была составлена сводная таблица, были использованы скрипт swisspfam_to_xls.py и файл swisspfam с информацией об архитектуре всех последовательностей UniProt.
Далее добавили в таблицу колонки с информацией о таксономической принадлежности.
Скачав AC по идентификаторам отобранных последовательностей в UniProt, получили файлы в формате UniProt (Retrieve). Эти файлы скрипт uniprot-to-taxonomy.py использовал для получения таксономии. Информация о таксономической принадлежности была внесена в таблицу. Также был добавлен столбец с информацией о длине домена Cyclin_N.
Далее были выбраны следующие архитектуры (Таблица 1): Cyclin_N, Cyclin_C (двухдоменная) и F-box, Cyclin_N, Cyclin_C (трёхдоменная).
Описание выбранных доменных архитектур
| Домены | Число представителей | Описание других доменов |
| Cyclin_N, Cyclin_C | 2770 | Cyclin_C (С-концевой домен циклина) |
| F-box, Cyclin_N, Cyclin_C | 34 | Cyclin_C (С-концевой домен циклина) F-box (располагается в N-концевой части белка и отвечает за взаимодействия с другими белками в различных процессах) |
Выбранные архитектуры будем рассматривать в таксоне Euteleostomi подтаксоны:
- Для первой архитектуры: Mammalia, Amphibia, Actinopterygii
- Для второй архитектуры: Eutheria, Batrachia, Metatheria, Dinosauria
Описание таксона
Euteleostomi – монофилетическая группа. Включает большинство (90%) ныне живущих позвоночных.
Mammalia (Млекопитающие) – класс животных, относящийся к типу Хордовые, подтипу Позвоночные.
Amphibia (Земноводные) – класс животных, относящийся к типу Хордовые, подтипу Позвоночные.
Actinopterygii (Лучеперые рыбы) – класс животных, относящийся к надклассу Костных рыб, подтипу Позвоночные, типу Хордовые.
Eutheria (Плацентарные) – инфракласс в классе Млекопитающие.
Metatheria (Сумчатые) – инфракласс в классе Млекопитающие.
Dinosauria (Динозавры) – надотряд класса Пресмыкающиеся
Batrachia – инфракласс в классе Земноводные.
Из первой архитектуры были выбраны 36 последовательностей, из второй – 29 последовательностей. В приведенной таблице отражены выбранные последовательности (лист Distinguished). На основном листе они выделены. Чтобы оставить только отобранные последовательности из всех выбранных архитектур, был использован скрипт filter_alignment.py. К выборке также была добавлена последовательность CCNA2_HUMAN, для которой известна 3D-структура 1E9H.
Получили “профильтрованное” выравнивание загрузили в программу JalView и избавились от пустых колонок.
По последовательности CCNA2_HUMAN была добавлена разметка (аннотация CCNA2_HUMAN annotation). Группы выделены согласно архитектуре. В каждой группе были раскрашены последовательности с помощью ClustalX, Conservation с разными порогами консервативности для первой (30%) и второй (50%) групп. После этого были удалены N- и C-концевые участки, в которых нет хорошего выравнивания, некоторые последовательности, которые выровнялись явно неправильно, и пустые колонки. В конечном итоге получили выравнивание(Рис.1).
Построение филогенетического дерева по выравниванию представителей доменов
Для удобства дальнейшей работы необходимо отредактировать имена, чтобы они стали говорящими. Для отражения доменной архитектуры назовем:
- первую архитектуру - 2 (т.к. двудоменная),
- вторую архитектуру - 3 (т.к. трехдоменная).
Для отражения сравниваемых таксонов назовем:
- для первой архитектуры: Ma – Mammalia, Am – Amphibia, Ac – Actinopterygii;
- для второй архитектуры: Eu – Eutheria, Ba – Batrachia, Me – Metatheria, Di – Dinosauria.
В измененном выравнивании к именам всех последовательностей спереди были добавлены коды архитектуры и таксона.
Дерево (Рис.2) было построено методом Neighbor-Joining, который не предполагает молекулярные часы и не выдает длины ветвей. Отдельно представлена топология дерева (Рис.3).
Рис. 2 Филогенетическое дерево по выравниванию представителей доменов
Рис. 3 Филогенетическое дерево по выравниванию представителей доменов (топология)
Чтобы результат был более нагляден, было использовано выделение цветом клад дерева по доменной архитектуре. На Рис.4, Рис.5 цветом выделены отдельные элементы дерева. Это показывает, что доменные архитектуры чётко разграничены в эволюции. Кроме того их разделение произошло относительно давно. Реконструированное методом Neighbor-Joining дерево укоренено так, чтобы две клады соответствовали доменным архитектурам (вообще, такое укоренение не всегда возможно, если рассматривать всё множество возможных топологий для рассматриваемых последовательностей).
Чётко прослеживается разделение последовательностей с рассматриваемой трёхдоменной архитектурой на выбранные подтаксоны в полученных деревьях (точки зелёного цвета). Разделение последовательностей с двухдоменной архитектурой прослеживается хуже: выделяется лишь ветвь, ведущая к млекопитающим (Ma; полупрозрачная точка зелёного цвета приведена). Однако и в этой кладе встречаются последовательности из лучепёрых рыб (Ac).
Рис. 4 Филогенетическое дерево по выравниванию представителей доменов (топология) с цветным выделением клад.
Рис. 5 Филогенетическое дерево по выравниванию представителей доменов с цветным выделением клад.
Визуализировать филогенетическое дерево можно также с помощью программы ITOL (Рис.6, Рис.7).
Рис. 6 Филогенетическое дерево, построенное методом Neighbor-Joining , полученное программой ITOL (круговое).
Рис. 7 Филогенетическое дерево, построенное методом Neighbor-Joining , полученное программой ITOL (неукорененное).
Для определения путей эволюции выбранных доменных архитектур были выбраны другие таксоны:
- Для первой архитектуры: A – Alveolata, V – Viridiplantae, M – Metazoa, F – Fungi;
- Для второй архитектуры: M – Metazoa.
По выше описанному алгоритму были отобраны последовательности, проведено выравнивание и построено дерево (Рис.8) с использованием Bootstrap (число реплик – 100).
Исходя из полученного дерева, можно сделать вывод, что рассматриваемые доменные архитектуры выделились до разделения эукариот на царства, до отделения Metazoa.