Анализ трехмерных структур

Определение вторичной структуры (d1)

DSSP

Для работы был выбран белок TenI с PDB-кодом 3QH2, использовалась программа DSSP (выдача программы).

Таблица 1

Сравнение границ элементов вторичной структуры

Вторичная структура	Границы в PDB	Границы в DSSP
Спираль	38-52	38-53
Спираль	184-202	185-201
Тяж	59-62	59-62
Тяж	59-62	117-120

Из Таблицы 1 видно, что определенные в DSSP и в PDB-файле границы β-листов совпадают полностью. Одна из рассмотренных спиралей отличается на один остаток, вторая – на два остатка. Это тоже очень хорошее совпадение в определении границ.

SheeP

C помощью SheeP была построена карта β-листа (Рис. 1).

Рис. 1.Карта β-листа цепи А структуры 3QH2

На Рис. 2, полученном также с помощью SheeP изображен рассматриваемый β-лист.

Рис. 2.Изображение β-листа цепи А структуры 3QH2

На Рис. 3 отражено соответствие одного столбца на карте и хребта в β-листе

Рис. 3.Соответствие изображение и карты β-листа цепи А структуры 3QH2:красным обозначены хребты

На карте, которая представлена на Рис. 1, обращенные внутрь бочонка остатки обозначены желтым.

Используя Original Stride, для участка β-листа (взято 3 тяжа с несколькими хребтами) была получена карта водородных связей.

Рис. 4.Визуализация водородных связей тяжей β-листа цепи А структуры 3QH2

В нижнем правом углу видна нерегулярная структура, которая присутствует в выбранных тяжах.

Совмещение структур (d2)

Совмещение структур белка и четырех структурных гомологов

С помощью PDBeFold были найдены структурные гомологи для цепи А из 3QH2(Рис. 2): 1xi3:A из Pyrococcus furiosus (Рис. 3), 1g4p:B из Bacillus subtilis (Рис. 4), 4bk9:C из Zymomonas mobilis (Рис. 5), 3iwp:G из Homo sapiens (Рис. 6). Выравнивание структур представлено на Рис.1.

Рис. 1.Визуализация пространственного совмещения цепи А 3QH2 и структурных гомологов (с помощью JMol на PDBeFold)

Рис. 2.Визуализация 3qh2:A (с помощью JMol на PDBeFold)


Рис. 3.Визуализация 1xi3:A (с помощью JMol на PDBeFold)	Рис. 4.Визуализация 1g4p:B (с помощью JMol на PDBeFold))

Рис. 5.Визуализация 1g4p:B (с помощью JMol на PDBeFold)	Рис. 6.Визуализация 3iwp:G (с помощью JMol на PDBeFold)

Было получено еще одно выравнивание с помощью программы Muscle. Сравнение выравниваний (сравнивались большие буквы) показало, что структурное выравнивание в целом лучше, хотя отличий совсем немного (одно из них на Рис. 7).

Рис. 7.Сравнение структурного выравнивания (вверху) и выравнивания по последовательности (внизу)

На Рис. 7 видно, что во множественном выравнивании некоторые остатки не выровнены, а в структурном – выровнены. Такими, например, являются Glu в 66 позиции на структурном выравнивании и Glu, находящиеся в выравнивании по последовательности в позициях 65-68. Также на структурном выравнивании Тht выровнены в позиции 63, а в выравнивании по последовательности они совсем не выровнены.

Поиск по сходству в PDBeFold

Для работы был выбран самый первый домен из списка – 1В0М А:203-315. Поиск осуществлялся в PDBeFold(Рис. 1). Результаты отсортированы по RMSD. Поиск осуществлялся при параметрах, заданных по умолчанию.

Рис. 1.Поиск домена в PDBeFold с указанной цепью и координатами

В результате поиска было получена выдача из 37 записей. Запрошенного домена среди них нет.

Совмещение по заданному выравниванию

Для работы были выбраны опять же самые первые в списке константные домены Т-клеточного рецептора 1OGA из α-цепочки регион d:118-202 (Рис. 1) и из β-цепочки регион е:119-245 (Рис. 2).

Рис. 1.Константные домены Т-клеточного рецептора 1OGA из α-цепочки

Рис. 2.Константные домены Т-клеточного рецептора 1OGA из β-цепочки

Карты β-листов для выбранных доменов были построены с помощью SheeP. Далее были выбраны соответствующие друг другу β-листы из α-цепочки (Рис. 3) и из β-цепочки (Рис. 4).

Рис. 3.Карты β-листов константных доменов Т-клеточного рецептора 1OGA из α-цепочки

Рис. 4.Карты β-листов константных доменов Т-клеточного рецептора 1OGA из β-цепочки

Предоставленные карты находятся в одной ориентации.

Дальнейшее выравнивание рассматриваемых β-листов основывается на консервативных остатках цистеина Cys134 из α-цепочки и Cys145 из β-цепочки и соседних с ними остатков. С помощью команды PyMol было построено совмещение (Рис. 5):

pair_fit t_alpha///133-135+122+175+155/CA, t_beta///144-146+127+192+172/CA

Рис. 5.Карты β-листов константных доменов Т-клеточного рецептора 1OGA из β-цепочки

Анализируя Рис. 5 можно утверждать, что топологии неплохо совпадают. Отчетливо просматривается соответствие хода полипептидной цепи и β-листов обеих цепей.

Нахождение гидрофобные кластеры (d3)

С помощью ресурса Clud были найдены гидрофобные кластеры в структуре 3QH2 (Рис. 1).

Рис. 1.Гидрофобные кластеры в структуре 3QH2 (clusters not smaller: 10, distance threshold: 5.4)

Рис. 2.Гидрофобные кластеры в структуре 3QH2 (clusters not smaller: 10, distance threshold: 4.5)

Рис. 3.Гидрофобные кластеры в структуре 3QH2 (clusters not smaller: 3, distance threshold: 5.4 - по умолчанию)

Рис. 4.Гидрофобные кластеры в структуре 3QH2 (clusters not smaller: 3, distance threshold: 4.5)

При параметрах по умолчанию видны гидрофобные взаимодействия внутри белка. По мере увеличения строгости параметров гидрофобные кластеры меняют свои размеры, но все равно покрывают практически весь белок.

Каждый гидрофобный кластер включает в себя две субъединицы.

Для отображения гидрофобных кластеров на интерфейсе двух цепочек была выбрана структура 3Q8T(Рис. 5).

Рис. 5.Гидрофобные кластеры в структуре 3Q8Т (clusters not smaller: 3, distance threshold: 5.4 - по умолчанию)

Гидрофобный кластер между двумя спиралями крайне необходим для контакта.

Построение поверхности (d4)

Для работы был выбран комплекс димера пуринового репрессора с ДНК 1BDH. Визуализация выполнена с помощью PyMol.

Рис. 1.Комплекс димера пуринового репрессора с ДНК 1BDH

Рис. 2.Визуализация поверхности контакта мономера белка с симметричным мономером на фоне остовной модели мономера

Рис. 3.Визуализация поверхности контакта димера с ДНК на фоне остовной модели части белка

Рис. 4.Визуализация поверхности контакта димера с ДНК на фоне проволочной модели двойной спирали

Рис.5.Визуализация поверхности контакта димера с ДНК на фоне проволочной модели двойной спирали

Сравнение доменов (d5)

Для сравнения доменов различных классификаций использовалась структура 3QH2.

В Pfam для рассматриваемого белка был определен один домен(Рис. 1):

Рис. 1.Доменная структура 3QH2 по версии Pfam

Границы домена в Pfam: 4-179.

Удивительно, но поиск в SCOP не дал результатов («This PDB entry is not classified in SCOPe 2.05»). В записи, относящейся к рассматриваемому белку, есть только данные записи PDB.

В ECOD были обнаружены следующие домены:

e3qh2A1 и e3qh2D1 с границами 1-202 в цепях А и D соответственно;
e3qh2B1 и e3qh2C1 с границами 0-200 в цепях В и С соответственно.

В CATH были обнаружены следующие домены:
3qh2A00 и 3qh2D00 с границами 1-202 в цепях А и D соответственно;
3qh2B00 и 3qh2C00 с границами 0-202 в цепях А и D соответственно.

Из представленных данных видно, что домены ECOD и CATH полностью совпадают. Кроме того, они соответствуют делению субъединицам белка. Домен Pfam не совпадает с доменами из ECOD и CATH. Это, вероятно, связанно с тем, что Pfam ищет эволюционные, а не структурные домены.

Использование PDB (d6)

На сайте были скачены все последовательности белков, определенные при помощи метода электронной микроскопии, одним файлом. Было найдено 924 последовательности. Для их нахождения использовано Advances search -> Experimental method -> ELECTRON MICROSCOPY. Причем из найденных структур экспериментальные данные имеются для 877 (файл с этими последовательностями).

На странице сайте PDB для структуры 3QH2 в разделе Structure Similarity структурные гомологи, полученные программой jFATCAT, не были найдены.

Поэтому для работы была использована структура 1YAD, с помощью которой решалась фазовая проблема при определении структуры 3QH2. В разделе Structure Similarity (ссылка - http://www.rcsb.org/pdb/explore/structureCluster.do?structureId=1YAD) .

Результат алгоритма jFATCAT выдается при идентичности 40% и P-value = 0.001. Обнаружено 515 гомологов.

В PDBeFold было найдено 207 записей, из которых только 8 совпадают с результатом поиска jFATCAT.