Семейство белковых доменов - DEAD. PFAM.

Задание 1. Краткое описание домена DEAD

Ссылка на PFAM

Краткое описание: Семейство белкового домена DEAD/DEAH box helicase входит в клан P-loop_NTPase. Белки этого семейства, являясь АТФ-зависимыми РНК-хеликазами, участвуют в процессе раскручивания двуцепочечных молекул РНК на одноцепочечные. Белки данного домена принимают участие в метаболизме РНК и необходимы при транскрипции, сплайсинге мРНК, инициации трансляции, сборка рибосом, распаде РНК и экспресии генов органелл.

Таблица 1 - Описание белкового домена DEAD.
	Информация
AC pfam	PF00270
ID pfam	DEAD/DEAH box helicase
#SEED	181 белок
#All	708k белков
#SW	1715 белков
#architectures	6978 архитектур доменов
#3D	650 белков
Taxonomy	707584 белков 35982 вида
#eukaryota	278230 белков 5257 видов
#archaea	19792 белка 1718 видов
#bacteria	398130 белков 28166 видов

Задание 2. Карта локального сходства двух белков - Q5YRB2_NOCFA и CAS3_ECOLI

Таблица 2 - Описание карты локального сходство Q5YRB2_NOCFA и CAS3_ECOLI
	Информация	Комментарии
Доменная архитпектура 1	Cas3_HD - DEAD - Cas3-like_C_2 - Cas3_C	PF18019 - PF00270 - PF22590 - PF18395
Белок с архитектурой 1	Q5YRB2_NOCFA – Helicase Cas3	AC: Q5YRB2 Length: 914
Доменная архитпектура 2	DEAD - Cas3-like_C_2 - Cas3_HD	PF00270 - PF22590 - PF18019
Белок с архитектурой 2	CAS3_ECOLI – CRISPR-associated endonuclease/helicase Cas3	AC: P38036 Length: 888

Для построения карты локального сходства я выбрал два белка: Helicase cas3 (AC:Q5YRB2) из Nocardia farcinica (вид граммположительных инфекционных бактерий) и CRISPR-associated endonuclease/helicase Cas3 (AC:P38036) из Escherichia coli (вид граммотрицательных бактерий).

Данные cas3 белки выполняют функции антивирусной защиты, они связываются с двуцепочечной ДНК, расплетают её с затратой АТФ на одноцепочечные цепи (хеликазная активность), совершают отжиг ДНК с РНК, а после гидролизуют фосфодиэфирные связи в цепи ДНК (эндонуклеазнаяя активность). Интересно то, что кроме ДНК/ДНК и ДНК/РНК нуклеазных активностей присущих всем белкам cas3, данные ещё и обладают РНК/РНК нуклеазной активностью.

Белок Q5YRB2 (первый белок) имеет доменную архитектуру:

Cas3_HD - DEAD - Cas3-like_C_2 - Cas3_C

(10-221) - (295-476) - (550-657) - (792-905)

Рис. 1 - Доменная структура белка Q5YRB2

Белок P38036 (второй белок) имеет доменную архитектуру:

Cas3_HD - DEAD - Cas3-like_C_2

(11-235) - (309-491) - (567-671)

Рис. 2 - Доменная структура белка P38036

При помощи программы BlastP я построил карты локального сходства при пороге E-value=0.05 и E-value=10.

Рис.3 - Карта локального сходства при пороге E-value=0.05

Рис. 4 - Карта локального сходства при пороге E-value=10

По горизонтали у нас белок P38036 (второй белок), по вертикали у нас Q5YRB2 (первый белок)

При пороге E-value=0.05 в локальном выравнивании берётся участок от 292-ой до 681-ой аминокислоты второго белка P38036 (по горизонтали) и участок от 274-ой до 667-ой аминокислоты первого белка Q5YRB2 (по вертикали)

На данном участке мы наблюдаем всего 13 инделов, то есть можно точно утвержать о как минимум суммарно 13 инсерциях или делециях, произошедших на данном участке со времени дивергенции видов.

Также интересно то, что на карте локального сходства участок 292-681(aa) второго белка P38036 (по горизонтали) соответствует доменам DEAD и Cas3-like_CC2

Аналогично участок 274-667(aa) первого белка Q5YRB2 (по вертикали) соответвует доменам DEAD и Cas3-like_C_2

При этом общий для них домен Cas3_HD, отввечающий за нуклеазную активность (по одношению к одноцепочечным РНК и ДНК) белка не попал на карту локального сходства, то есть этот домен у данных белков имеет низких процент схожести. Возможно в процессе эволюции этот домен так сильно преобразовался у этих двух видов бактерий (граммотрицательные и граммположительные бактерии эволюционно очень далеко находятся друг от друга), что несмотря на функциональную схожесть и схожесть 3D структур, аминокислотных состав, за исключением нескольких консервативных аминокислот активного центра, стал очень разным.

Если же увеличить порог E-value до 10, то кроме предыдущего участка, на карте локального сходства будут ещё участки:

–от 632-ой до 694-ой аминокислоты второго белка P38036 (по горизонтали) и участок от 718-ой до 786-ой аминокислоты первого белка Q5YRB2 (по вертикали)

–от 224-ой до 253-ой аминокислоты второго белка P38036 (по горизонтали) и участок от 451-ой до 480-ой аминокислоты первого белка Q5YRB2 (по вертикали)

Между участками белков наблюдается небольшая схожесть, однако из-за большого значению E-value сложно говорить о достоверности этих находок. Существует лишь небольшая вероятность того, что произошла траслокации (в случае первой находки) или дупликация (в случае второй находки)