AlphaFold. DOMAK.

Задание 1B (Helices) с последовательностями B9

В первом задании я выбрала вариант B (Helices). В этом задании дано три последовательности. SeqA, seqB и seqC практически идентичны за исключением трёх аминокислот в seqB, которые заменены на пролины, а в seqC на пролины заменены 12 аминокислот, включая те же три. Атом азота пролина входит в состав жёсткого кольца, что исключает возможность вращения вокруг связи N-CH. Кроме того, атом азота пролина, образующего пептидную связь с другой аминокислотой, не протонирован. В результате пролин не способен образовывать водородную связь и структура альфа-спирали нарушается. Обычно в этом месте возникает петля или изгиб.

Я выбрала последовательности B9. Их длина - 262 а.о. В seqB остатки 141-143 заменены на Pro, в seqC – остатки 137-148. С помощью поиска в RCSB я выяснила, что это мономер белка 3ONQ.

Рис 1. Слева – структура из PDB, справа – выравнивание структуры из PDB и структуры seqA, полученной с помощью AlphaFold2

Рис 2. Выравнивание структуры из PDB с предсказанными структурами seqA, seqB и seqC

seqA_pIDDT — **Рис 3.** Окраска по pIDDT для seqA. Выдача программы в формате zip

seqB_pIDDT — **Рис 4.** Окраска по pIDDT для seqB. Выдача программы в формате zip

seqC_pIDDT — **Рис 5.** Окраска по pIDDT для seqC. Выдача программы в формате zip

В PDB представлена структура гомотетрадимера – "Регулятор экспрессии поликетидсинтазы BAD_0249, выделенный из Bifidobacterium adolescentis". На Рис 1 видно, что предсказанная структура хорошо выравнивается со структурой из PDB, а на Рис 3 показано, что у seqA почти по всей структуре pIDDT > 0,9.

На Рис 2 представлено выравнивание структуры из PDB со всеми тремя предсказанными структурами.Все они хорошо выравниваются за исключением участка где у seqA (жёлтый) петля, а у всех остальных структур – альфа-спираль. Именно в этом месте находится участок с 12 пролинами. У всех предсказаний по всей области pIDDT > 0,9 (high confidence) кроме N-конца и того самого участка с петлёй у seqC.

Рис 6. Выравнивание структуры из PDB с seqA и seqB. Место замены на 3 пролина показано красным

На Рис 6 показано влияние замены трёх аминокислот 141-143 на пролины. В этом случае альфа-спираль не нарушается. Видимо, в контексте данной последовательности трёх пролинов недостаточно для нарушения альфа-спирали.

Рис 7. Выравнивание seqA, seqB и seqC. Место замены на 12 пролинов в seqC показано оранжевым

Рис 8. Выравнивание структуры из PDB с предсказанными структурами seqA, seqB и seqC. Место замены на 12 пролинов показано оранжевым

На Рис 7-8 представлено выравнивание структуры из PDB и трёх предсказанных структур, на котором выделены остатки 137-148, заменённые на Pro в seqC. Видно, что в структуре PDB и предсказаниях для seqA и seqB на этом месте находится альфа-спираль. У seqC на этом участке петля. Это ожидаемо, так как такой длинный участок из пролинов не может образовывать альфа-спираль по причинам, описанным выше.

Вывод

В целом, AlphaFold хорошо предсказал структуру, она соответствует структуре из PDB. В месте замены 12 аминокислот на пролины ожидаемо альфа спираль не сворачивается, так как пролины не могут образовывать водородные связи, на этом месте находится петля. Однако замена на три пролина почему-то не нарушает структуру. Видимо, AF2 считает, что в данном окружении и в контексте данной последовательности образование альфа-спирали возможно и более энергетически выгодно.

Задание 2-3. DOMAK

Ссылка на Colab. В этом задании я работала с белком 2C78, цепь A. Я применила алгоритм для разбиения белка на два домена. В результате получился следующий график:

Рис 9. График split_value в зависимости от номера остатка

20 позиций с лучшим split_value: 212, 213, 214, 211, 210, 215, 209, 217, 216, 218, 219, 208, 207, 220, 206, 309, 308, 307, 310, 221

Это расположение певого пика 206-221 и частично второй пик, позиция с наилучшим split_value – 212. Посмотрим, как это выглядит на структуре.

Рис 10. Разбиение на домены в позиции 212

Посмотрим также на второй пик – 309. В целом, оба варианта выглядят правдоподобно, находятся вне вторичной структуры, хорошо визуально делят белок на структурные домены и находятся на достаточном расстоянии друг от друга. Возможно, здесь имеет место деление на три домена.

Рис 11. Два варианта позиций, разделяющих белок на домены

Теперь рассмотрим определённые для нашего белка структурные домены из баз SCOP и CATCH.

SCOP

SCOP также разделяет на три домена: 9-212 (P-loop containing nucleoside triphosphate hydrolases), 213-312 (EF-Tu/eEF-1alpha/eIF2-gamma C-terminal domain) и 313-405 (Translation proteins). Это очень похоже на предсказание DOMAK: первая позиция, разделяющая домены, полностью совпадает, а вторая отличается всего на 3 позиции.

Рис 12. Разбиение на структурные домены согласно SCOP

CATCH

CATCH аналогично разбивает белок на три домена: 9-213 (P-loop containing nucleoside triphosphate hydrolases), 216-307 (Translation factors) и 311-404 (Translation factors). Также почти полностью совпадает с результатами DOMAK

Рис 13. Разбиение на структурные домены согласно CATCH

Можно сделать вывод о том, что DOMAK хорошо предсказал разбиение на домены. Он правильно предсказал количество доменов, а также границы с погрешностью в несколько единиц, что очень хорошо.