Практикум 6

Белок с бета-листами

Я выбрала белок с идентификатором UniProt VDAC1_HUMAN и идентификатором PDB 2JK4. UniProt по-английски описывает его как «Voltage-dependent anion-selective channel protein». Это потенциал-зависимый канал, находящийся во внешней мембраны митохондрий и в плазмалемме клеток человека. Он пропускает малые гидрофильные молекулы, а также катионы и анионы. Участвует в регуляции апоптоза и митофагии.

В базе данных OPM приведены координаты трансмембранных участков, дублирую их в табл. 1. Я запустила алгоритм DeepTMHMM с первичной последовательностью этого белка, файл с результататми можно скачать здесь, также результаты приведены на рис. 1. Этот алгоритм предсказал координаты 18 бета-листов, привожу их в табл. 1, «на глаз» установив соответствие.

Можно видеть, что предсказанное и реальное положение белка в мембране отличаются. Во-первых, DeepTMHMM вообще «не заметил» первый тяж бета-листа (29 — 36). На рис. 1 можно видеть, что в этом месте есть некоторые повышения вероятности бета-листа, но шумные. Возможно, это связано с тем, что алгорим не смог «понять», что этот тяж контактирует с самым концом этого белка, т. е. что этот белок заворачивается в кольцо. Во-вторых, видно, что координаты предсказанных бета-листов все время немного отличаются от коориднат реальных трансмембранных участков. Предсказанные участки все время начинаются на 1 — 2 аминокислоты раньше и заканчиваются на 3 — 4 аминокислоты раньше. Видимо, они заканчиваются раньше, потому что гидрофобные бета-листы лежат именно в гидрофобной жирнокислотной части мембраны, а в части мембраны с головками фосфолипидов уже более полярная среда, и нужды в бета-листах нет. А почему бета-листы и начинаются немного раньше, я понять не могу.

Рис. 1. Результаты DeepTMHMM, белок VDAC1_HUMAN. Разными цветами указаны предсказанные вероятности того, что аминокислота с данной координатой находится в мембране, внутри или снаружи клетки (или, соответственно, снаружи от митохондрии или внутри). Отдельно на N-конце указан сигнал локализации в мембране.
Табл. 1. Сравнение результатов DeepTMHMM с данными из OPM, белок VDAC1_HUMAN.
Координата OPM, трансмембранные участки DeepTMHMM, бета-листы
1 29 — 36 —
2 42 — 51 41 — 47
3 58 — 65 56 — 62
4 72 — 79 69 — 75
5 84 — 90 81 — 87
6 98 — 105 96 — 104
7 115 — 122 112 — 118
8 126 — 134 124 — 131
9 141 — 148 136 — 144
10 152 — 160 150 — 157
11 170 — 176 166 — 173
12 182 — 187 180 — 184
13 193 — 199 190 — 195
14 206 — 213 205 — 209
15 222 — 228 218 — 224
16 235 — 241 232 — 237
17 246 — 252 243 — 249
18 258 — 266 257 — 262
19 277 — 285 274 — 281

Белок с неизвестной структурой с альфа-спиралями

Для анализа мне достался белок идентификатором UniProt LUTP_BACSU (L-lactate permease) сенной палочки(Bacillus subtilis). Это пермеаза, транспортирующая L-лактат в клетку.

Я запустила DeepTMHMM с аминокислотной последовательностью этого белка. Результаты можно видеть на рис. 2, в табл. 2, а также скачать по ссылке

После я скачала стркутуру, предсказанную при помощи AlphaFold, и запустила с ней алгоритм PPM со следующими параметрами: Type of membrane — Gram-positive bacteria inner membrane (B. subtilis грамположительная), Allow curvature — no, Topology (N-ter) — out (поскольку DeepTMHMM предсказал положение N-конца снаружи). Результаты можно видеть в табл. 2, получившийся на выходе pdb файл можно скачать по ссылке

В табл. 2 можно видеть, что предсказания трансмембранных альфа-спиралей похожи, но не полностью совпадают. Например, различается количество предсказанных спиралей: PPM предсказал 15, DeepTMHMM — 12. Как и в прошлый раз, DeepTMHMM выдавал в среднем более короткие участки, но на этот раз они обычно и начинались позже, и заканчивались раньше.

Рис. 2. Результаты DeepTMHMM, белок LUTP_BACSU.
Табл. 2. Сравнение результатов DeepTMHMM с результатами PPM, белок LUTP_BACSU.
Координата PPM, структура из AlphaFold, трансмембранные альфа-спирали DeepTMHMM, трансмембранные альфа-спирали
1 15 — 35 15 — 34
2 39 — 58 41 — 57
3 62 — 91 76 — 87
4 — 124 — 133
5 161 — 170 —
6 175 — 184 —
7 188 — 210 198 — 213
8 223 — 246 223 — 240
9 247 — 262 249 — 266
10 308 — 328 308 — 323
11 380 — 398 380 — 398
12 416 — 438 417 — 434
13 453 — 470 457 — 468
14 471 — 487 —
15 494 — 515 —
16 536 — 555 537 — 552