Membrane proteins

1. Анализ множественного выравнивания трансмембранных белков

Цели задания: (1) проверить корректность предсказания сервиса TMHMM и (2) проверить консервативность различных частей трансмембранных белков.

Для выполнения анализа использовала белок 4WGW цепь C.

Немного информации о данном белке:

Белок 4WGW – это ионный транспортер двухвалентных ионов металлов. Был выделен из организма Staphylococcus capitis. 4WGW относится к семейству белков SLC11 (NRAMP), отвечающих за транспорт ионов железа и катионов иных металлов через мембрану. Эти мембранные белки присутствуют во всех царствах и имеют высокую степень консервативности последовательности.

Рис.1. Изображение белка 4WGW (изображение взято из базы данных PDB ).

Далее была составлена репрезентативная выборка гомологов белка , состоящая из 200-300 белков.

Для этого проводила поиск blastp на EBML EBI с параметрами: количество белков в выдаче - 200; база данных - UniProt Clusters 50%, остальные настройки по умолчанию.

Были получены результаты поиска, запущено множественное выравнивание (Tools -> Lauch, алгоритм Muscle). Результат .

Затем, с помощью программы jalview, к множественному выравниванию была добавлена последовательность исходного белка из PDB. Для этого к полученному множественному выравниванию была добавлена последовательность исходного белка, к ней была прикреплена предварительно прикреплена созданная строка аннотации положения трансмембранных спиралей "TM_REAL" (окно «добавление1»). Также к множественному выравниванию было внесено предсказание трансмембранных спиралей, выдаваемых программой TMHMM, для гомолога (Q03TH5)( срока аннотации "TM_PREDICTED", в которую вручную были внесены участки, предсказанные TMHMM, окно «добавление2») . Затем было перевыровняно полученное выравниивание (окно «перевыравнивание»).

Проект

Выравнивание было окрашено методом ClustalX. Можно заметить, что выравнивание не очень хорошее. Последовательности UniRef50_M5JZA7, UniRef50_A0A0R1LLV0, выравненные хуже всего были удалены.

Рассмотрю подробнее, предсказание трансмембранных доменов белка 4WGW («TM_REAL») и белка-гомолога Q03TH5 (c помощью сервиса TMHMM, «TM_PREDICTED»)

Сначала я получила предсказание TMHMM структуры белка 4WGW .

Рис.2. Предсказание TMHMM структуры белка 4WGW

TMHMM предсказал 10 трансмембранных доменов. Сравним его предсказание с имеющейся информацией в PDB

Рис.3. Доменная организация белка 4WGW из PDB (для увеличения изображения перейдите по этой ссылке)

Как можно заметить, трансмембранных доменов, согласно данным из PDB, на один больше (т.е. 11). Однако, я считаю, что TMHMM нашел все трансмембранные домены, потому что в базе данных PDB представлена доменная организация для фрагмента длиной в 448 позиций, а на вход программе подавалась последовательность белка длиной 415.

В целом, предсказание TMHMM не сильно отличается от имеющихся данных в PDB. Предсказание можно считать достоверным (таблица 1)

Таблица 1. Сравнение предсказания TMHMM и имеющихся данных в PDB

Предсказание TMHMM для гомолога.

Был выбран гомолог Q03TH5 (транспортер двухвалентных катионов через мембрану) из бактерии Lactobacillus brevis (strain ATCC 367 / JCM 1170).

Я получила предсказание TMHMM для данного белка-гомолога.

Рис.4. Предсказание TMHMM структуры белка Q03TH5

TMHMM предсказал 11 трансмембранных доменов.

Координаты найденных доменов:

Рис.5. Координаты найденных TMHMM доменов

Далее для того, чтобы отличать гидрофильные (синие) и гидрофобные (красные) остатки, была выбрана раскраска "Hydrophobisity. Порог консервативности (Above Identity Threshold) составил 30% (личное предпочтение, так как посчитала, что так лучше видно структуру).

Рис.6. 4WGW_C. Базовая 3D структура - структура 4WGW из PDB. Белок ориентирован P-стороной вниз. Окраска Hydrophobicity 30% (порог консервативности). Гидрофобные остатки - красные, гидрофильные – синие, а гидрофильные незаряженные - фиолетовые.

Можно сделать вывод, что участки относящиеся к трансмембранным спиралям достаточно консервативны, чего нельзя сказать об участках между спиралями. В трансмембранных спиралях преобладают гидрофобные остатки, однако встречаются консервативные гидрофильные, а также гидрофильные незаряженные. Их наличие, вероятно, объяснимо необходимостью образования водородных связей в белке для стабилизации его структуры.

2. База данных OPM

Белок 4GWG был найден в БД OPM (поиск по идентификатору). Предсказание его расположения в мембране.

Предсказание его расположения в мембране представлено на рисунке:

Рис.7. Предсказание расположения в мембране белка 4WGW.

Белок расположен в мембране гамм-положительных бактерий.

Толщина гидрофобной части мембраны: 2,98 нм

Среднее количество остатков в трансмембранной спирали: 21

С помощью поиска по уровням классификации был найден белок 4y25 (Поли-бета-1,6-N-ацетил-D-глюкозамин транспортирующий белок (PgaA)) , в трансмембранной части которого не α-спирали, а β-листы.

Предсказание его расположения в мембране представлено на рисунке:

Рис.8. Предсказание расположения в мембране белка 4y25.

Белок расположен в наружной мембране гамм-отрицательных бактерий.

Толщина гидрофобной части мембраны: 2,36 нм.

3. База данных TCBD

Белки 4WGW и 4y25 не были найдены в БД TCBD.

Как пример, чтобы понять, что означают цифры TC-кода был взят белок 3OHN (Белок наружной мембраны)

ТС-код в БД TCBD: 1.B.11.3.9

1.В.- означает, что каналы состоят из бета-бочек.

Anna Zheltova

1. Анализ множественного выравнивания трансмембранных белков

2. База данных OPM

3. База данных TCBD