Функциональная роль гена в подсистеме. GO, SEED

Белок Q5PH50

AC Uniprot Q5PH50 соответствует белок - продукт гена spiA из патогенной бактерии Salmonella paratyphi A (strain ATCC 9150 / SARB42), гипотетичесий секреторный белок из внутренней мембраны. На сайте Uniprot можем увидеть, какие термины GO относятся к белку. Результат в таблице 1.

Таблица 1.

Онтология Идентификатор Название Определение
Биологический процесс GO:0009306 Protein secretion (секреция белков) Контролируемое выведение белков из клетки.
Клеточный компонент GO:0009279 Cell outer membrane (наружная мембрана клетки) Липидный бислой, формирующий наружную мембрану клеточной оболочки; обогащена полисахаридами и белками; наружная сторона мембраны содержит специфические липополисахаридные структуры.
Молекулярная функция GO:0008565 Protein transporter activity (Активность белкового транспортёра) Позволяет белкам перемещаться напрямую внутрь клетки, из клетки или между клетками.

Однако полученная информация и запись Uniprot не дают нам представления о принадлежности белка к какой-либо секреторной системе. Рассмотрим его гомологи. Запустим программу blastp с последовательностью изучаемого белка по базе данныех Swiss-Prot. Лучшая находка - SpiA (дентификатор Uniprot - D0ZWR9) из Salmonella typhimurium (strain 14028s / SGSC 2262), идентичность 100%, e-value - 0.0. Данный белок относится к секреторной системе типа III. Так как данные белки являются гомологами, изучаемый белок так же относится к этой системе.

Система секреции типа III

Секреторная система типа III (T3SS) включает в себя большую молекулярную машину, расположенную в оболочке многих грам-положительных бактерий. Эта система необходима для вирулентности и работает как игла, впрыскивающая в клетку эукариотического хозяина эффекторные белки, имеющие цитотоксическое и анти-иммунное действие.

Комплекс, называемый инжектисомой (см. рис. 1), состоит из внеклеточной иглы, несущей наконечник, и основания, содержащего несколько колец, во внутренней и внейшней мембранах и соединённых между собой перешейком. С комплексом связана АТФаза, необходимая для разворачивания эффекторов, так как в свёрнутом виде они не могут пройти через иглу.
Рис. 1. Схема строения комплекса секреторной системы типа III.

Источник картинки и описания системы - PMID 21772833.

Роль белка spiA в системе

Для того, чтобы опеделить функциональную роль белка в секреторной системе, проведём поиск по БД KEGG GENES по названию локуса - SPA1459. В выдаче поиска ген spiA, расположенный в этом локусе, как раз тот, что кодирует изучаемый белок. Со страницы гена можем перейти к карте секреторных путей, из которой сделать вывод о функции белка. Он входит в состав кольца основания комплекса, расположенного во внейшней мембране и взаимодействует с такими белками, как Ysco, Yscp, Yscx (входят в состав иглы) и YscW (так же входит в состав кольца внешней мембраны).

Окрестности ортологичных генов

Со страницы гена fig|295319.3.peg.1450 в SEED можно провести поиск ортологов и посмотреть их окрестности. Произведём выборку со следующими параметрами: E-value 1е-20, число гомологов - 11. Окрестности гомологов приведены на рис. 2.

Рис. 2. Окрестности гомологичных генов.

Затем были получены последовательности гомологов и построено их выравнивание (см. рис. 3).

Рис. 3. Выравнивание последоваельностей продуктов гомологичных spiA генов.

Скачав таблицу с данными об окрестностях гомологичных генов, создадим сводную таблицу, которая отражает как часто определённые гены колоколизуются с изучаемым.

Если количество геномов в запросе на странице гена в SEED расширить для 200, можно найти гомологичный ген из Burkholderia cenocepacia PC184, с которым не колокализованы гены подсистемы (см рис. 4).

Рис. 4. Гомологичный ген, не имеющий колокализованных генов подсистемы.

Выводы

Большая часть генов, колокализованных с геном spiA в окрестности 30000 нуклеотидов, относятся к той же подсистеме - системе секреции типа III. Гены других подсистем встречаются в окрестности реже.

Чаще всего гены имеют одно направление, что делает возможным синтез белка с одной цепочки мРНК, что ускоряет процесс трансляции. Это выгодно, так как эти белки работают только в комплексе.

Случай, когда с гомологом не колокализованы гены подсистемы отличается. Для этого гена не указана подсистема, возможно он не относитсяк системе секреции типа III, и у бактерии нет необходимости в том, чтобы эти гены были расположены рядом.