Практикум 7. Трансмембранные белки

Задание 0. Знакомство с OPM

Я зашел на сайт OPM затем во вкладке Types выбрал Transmembrane, а оттуда Beta-barrel transmembrane. Всего структур трансмембранных белков, имеющих бета-лист в трансмембранной части оказалось 459 штук. На сайте интересная классификация по белкам (Proteins) и сборкам (Assemblies), Последние, как я понял, представляют собой полноценные комплексы из различных белковых субъединиц.

Белки в этой базе данных могут быть Monotopic, т.е. монотопными белками, встроенными в мембрану, но не прошивающими её насквозь. Могут быть Peripheral, то есть периферическими белками, находящимися на поверхности мембраны. И делятся на классы в зависимости от того, какую структуру они имеют: только альфа-спирали, только бета-листы, альфа спирали и бета листы перемежаются, альфа спирали и бета листы разделены пространственно

Из интересного для трансмембранных белков имеется класс Bitopic proteins, который включает белки, пересекающие мембрану ровно один раз своей альфа-спиралью.

Также в базе данных выделяют третий тип мембранных белковых молекул: мембранно-активные пептиды. Которые также различаются в зависимости от их строения.

Я решил зайти на страницу с описанием выданной мне структуры белка Connexin-50: 7jjp, он состоит из 12 субъединиц. При описании белка OPM ссылается на базы данных: PDB sum, PDB, MSD, Encompass и MMBD; Также есть ссылка на Uniprot, TCDB, PFAM и InterPro.

Задание 1. Основное задание

Как я уже писал выше, для анализа я выбрал структуру белка Connexin-50 – 7jjp:

Русское название: Коннексин-50 или белок щелевых контактов альфа-8

Английское название: Connexin-50 или gap junction alpha-8 protein (GJA8)

Идентификатор PDB: 7jjp

Идентификатор Uniprot: CXA8_SHEEP

Организм: Ovis aries

Локализация: клеточная мембрана

Краткое описание функций: структурный компонент щелевых соединений хрусталика глаза, они соединяют цитоплазму соседний клеток. Данное соединение обеспечивает транспорт веществ до более глубоких слоев хрусталика. Мутации в коннексине-50 приводят к катаракте, так как этот белок крайне важен для поддержания гомеостаза внутри хрусталика.

Координаты трансмембранных участков для каждой субъединицы:

1-ый (21-46), 2-ой (74-91), 3-ий (159-179), 4-ый (207-232)

Для начала я скачал последовательность белка Connexin-50 (GJA8) в FASTA-формате из Uniprot

Затем подал эту последовательность в качестве запроса в DeepTMHMM получил следующие результаты по трансмембранным участкам:

1-ый (22-42), 2-ой (72-92), 3-ий (162-182), 4-ый (211-231)

Рис. 1 - ВЕРХНИЙ ГРАФИК: топология трасмембранных участков в белке коннексине-50; Красными блоками показаны 4 трансмембранных сегмента, синими линиями участки (обычно петли) во внеклеточном пространстве, розовыми линиями участки (обычно петли) внутри цитоплазмы. НИЖНИЙ ГРАФИК: вероятность нахождения аминокислоты в конкретной зоне (во внеклеточном пр-ве, в межмембранном пр-ве или внутри цитоплазмы).

Файл с результатами в формате .gff3

Предсказанные DeepTMHMM и определенные программой от OPM трансмембранные участки почти полностью совпадают: кол-во трансмембранных участков совпадает точно(все трансмембранные участки нашлись), координаты совпадают почти точно. Отличаются лишь внешние границы: в среднем на 1-2 аминокислоты, максимум на 4 аминокислоты.

OPM - расчитывает трансмембранные участки с учетом эксперимента и 3D структуры, DeepTMHMM - предсказывает по аминокислотной последовательности. Это значит, что DeepTMHMM не располагает точной информации о структуре белка, не может её учесть при определении трансмембранных участков, а потому выявляет немного другие трансмембранные сегменты в белке.

Кроме того, DeepTMHMM не учитывает то, что липидный состав в клетках хрусталика отличается от усредненной клетки, OPM же скорее всего это учитывает, а потому определяет другие границы для трансмембранных участков.

И последнее, коннексин-50 образует 12-мер. И очевидно, что различные мономеры могут взаимодействовать друг с другом, что уменьшает точность определения границ трансмембранных участков DeepTMHMM.