Геномное окружение

Геномное окружение, SEED

Исследуемый в данном практикуме белок - белковая транслоказа TatB, один из участников системы twin-arginine translocation (Tat). Эта система транспортирует большие уже свернувшиеся белки через мембрану. В бактериях этот белок участвует в транспорте других белков в клеточную стенку или во внешнюю среду. Для такого транспорта белки должны содержать сигнальный пептид с twin-arginine мотивом.
Сначала с помощью базы данных SEED было определено геномное окружение гена данного белка в геноме грам-отрицательной гаммапротеобактерии Photobacterium profundum (штамм SS9) и ортологичных генов из других организмов. Результаты представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Геномное окружение гена TatB (красный, номер 1) из Photobacterium profundum и 10 его ортологов. Изображение получено с помощью базы данных SEED.

Все представленные организмы - палочковидные гаммапротеобактерии. Первые 4 вида и последние 2 обитают в морях, остальные - в других организмах, являясь симбионтами или патогенными бактериями. Из рисунка видно, что во всех организмах в окрестности данного гена встречаются гены 2, 3, 4, 5, 6. 2 и 3 кодируют TatA и TatC, другие компоненты системы Tat. 4, 5, и 6 кодируют некоторые компоненты пути биосинтеза убихинона (кофермента Q10), а именно ubiquinone biosynthesis monooxygenase UbiB (4), ubiquinone/menaquinone biosynthesis methyltransferase UbiE (6) и белок YigP , который расположен рядом с данными генами.
Также у многих ортологов встречаются гены 7, 8 и 9, кодирующие дезоксирибонуклеазу TatD, порфобилиноген синтазу и белок RmuC, участвующий в рекомбинации ДНК, соответственно. У тех видов, в которых нет данных генов в окружении гена TatB, скорее всего, они расположены в другом месте. Последние два вида принадлежат к одному порядку Alteromonadales. Последний вид Marinobacter hydrocarbonoclasticus, возможно, недостаточно полно описан, так как в его оружении много гипотетических белков. Возможно, описанные гены присутствуют в окружении гена TatB у этой бактерии, но пока что они не описаны.

Опероны, DOOR

С помощью DOOR был найден оперон, в состав которого входит ген PBPRA0120, кодирующий белок TatB. Изображение оперона представлено на рисунке 2.

Рисунок 2. Оперон номер 114049, в состав которого входит исследуемый ген TatB (PBPRA0120) и два других гена: PBPRA0119 (TatA) и PBPRA0121 (TatC). Изображение получено с помощью DOOR.

В данный оперон 114049 (с 123288 по 124666 позиции, 1379 п.н.) входят три гена: PBPRA0119 (белок TatA), PBPRA0120 (белок TatB) и PBPRA0121 (по данным DOOR, гипотетический белок, по данным NCBI - TatC). Все эти гены были найдены с помощью SEED в окружении всех ортологов. Они функционально связаны, так как участвуют в единой система транспорта через мембрану, поэтому неудивительно, что они закодированы в одном опероне.

Метаболические пути, KEGG

На рисунке 3 представлен метаболический путь (если это можно так назвать), в котором принимает участие белок TatB. Все изображение описывает пути секреции белков из клетки бактерии, один из которых использует систему Tat. На рисунке белок TatB вместе с белками TatA и TatC (входящими в состав оперона и консервативного геномного окружения) отмечен зеленым цветом, а также эти белки выделены в подписи к метаболическому пути: желтым - TatB, а розовым - TatAC. Белок TatE, указанный на схеме, в бактерии Photobacterium profundum отсутствует. В других организмах является гомологом TatA, но присутствует в клетке в гораздо меньшем количестве и, вероятно, не играет важной роли.
По литературным данным, TatB связывается с TatC и напрямую взаимодействует с сигнальным пептидом. TatA образует канал, через который белок сможет транспортироваться, в то время как TatB и TatC отвечают за распознавание белка, который нужно перенести через мембрану.

Рисунок 3. Метаболический путь, представляющий возможные пути секреции белков из клетки (Bacterial secretion system, ppr03070). Зеленым отмечен Tat-комплекс (TatABCE) системы twin-arginine translocation. Внизу в списке белков TatB выделен желтым, TatA и TatC - розовым. Зеленым в списке белков выделены те, которые имеются у Photobacterium profundum.

Вся информация, полученная при выполнении данного практикума, представлена в таблице 1. Подчеркиванием отмечены белки, входящие с TatB в один метаболический путь и в один оперон, то есть найденные одновременно и через DOOR, и через SEED. Остальные гены из консервативного геномного окружения имеют другие функции и входят в другие опероны, а их расположение обусловлено, скорее всего, близким родством организмов и эволюционно сложившейся последовательностью генов.

© Наталия Кашко, 2016