Трансмембранные белки

Знакомство с OPM

В первой части практикума будем знакомиться с интерфейсом OPM и посмотрим, какие бывают β-листовые белки.

Сначала поищем белок, в трансмембранной части которого находятся β-листы. На сайте OPM можно осуществлять поиск по следующим уровням:

  • Protein Name - Название белка
  • PDB ID - ID белка в базе PDB
  • Uniprot code - Код белка в UniProt
  • Type - Тип белка
  • Class - Класс белка
  • Species - Вид организма, белок которого хотим найти
  • Localization - Локализация белка в клетке (имеет отдельный список для выбора)
  • Superfamily - Суперсемейство белков
  • Family - Семейство белков
  • Дополнительные поля: качество структуры, число трансмембранных субъединиц или вторичных структур, толщина или глубина погружения белка в мембрану, угол наклона трансмембранного фрагмента к мембране, энергия переноса белка из воды в мембрану и таксономическая группа каких-то организммов

    • Я решил поискать белок по локализации во внешней мембране хлоропласта (Chloroplast outer membrane), так как мне всегда нравился вышраст (и физраст тоже).

    Рис.1. 3D-структура ТОС комплекса в мембране.

    Из четырёх белков, которые нашлись, я выбрал ТОС complex (Translocon at the Outer membrane of Chloroplasts) - он достаточно большой и интересный. ТОС complex - отвечает за распознавание и импорт белков внутрь хлоропластов и других пластид (например, лейкопластов, хромопластов) из цитоплазмы клетки. Он состоит из 8-ми белковых цепей, 3 из которых имеют в своей структуре β-листы и образуют структуры, напоминающие бочонки (на самом деле 4 белка имеют β-листы, но в одном из них β-листы очень короткие и их совсем мало). На 3D структе (рис.1) хорошо видно, что 7 из 8 белков погружены в мембрану, в том числе те самые 3 структуры из β-листов, образующие белковые каналы. Другие белки своими участками поружены в мембрану для заякоривания (рецепторы), а один из них связывает белковый комплекс на внешней мембране с белковым коплексом на внутренней мембране для образования суперкомплекса.

    На самой странице OPM с белковым комплексом видим его изображение, классификацию и описание (подобно тем, которые используются при поиске белков), а также ссылки на страницы структуры в других базах данных (PDB Sum, MSD, MMDB), идентификаторы белков (из UniProt ID), входящих в комплекс и ссылки на 3D-структуры (при этом мне очень понравилось, что модели показывают как выглядит белок относительно мембраны).

    Описание белка

    Здесь я решил работать с белком P2X purinoceptor 3 (P2X3 пуринорецептор) (рис.2), который был мне выдан специально для этой части практикума.

    Рис.2. 3D-структура P2X3 пуринорецептора в мембране.
  • PDB ID: 5svr
  • UniProt ID: P56373 P2RX3_HUMAN
  • Организм: Homo sapiens (Human)
  • Расположение:
  • Функция: является внеклеточным АТФ-зависимым неселективным катионным каналом - находится в сенсорных нейронах и позволяет ощущать вкус, ноцицептивную боль, осуществлять висцеральные рефлексы и активирует сенсорную гиперчувствительность.

    • Трансмембранные участки для цепи A, B и C:

    A - Tilt: 27 - TM segments: 1( 23- 44), 2( 318- 344)

    B - Tilt: 27 - TM segments: 1( 23- 44), 2( 318- 344)

    C - Tilt: 27 - TM segments: 1( 23- 44), 2( 318- 344)

    Последовательность белка была взята со страницы белка на Uniprot: тык

    Запустили DeepTMHMM для последовательности этого белка: файл с выдачей

    Результат работы программы:
    ##gff-version 3
    # sp_P56373_P2RX3_HUMAN Length: 397
    # sp_P56373_P2RX3_HUMAN Number of predicted TMRs: 2
    sp_P56373_P2RX3_HUMAN inside 1 22
    sp_P56373_P2RX3_HUMAN TMhelix 23 44

    Рис. 3. Результат работы программы DeepTMHMM.
    sp_P56373_P2RX3_HUMAN outside 45 328
    sp_P56373_P2RX3_HUMAN TMhelix 329 344
    sp_P56373_P2RX3_HUMAN inside 345 397

    На рис.3 в верхней части показана наиболее вероятная топология белка; в нижней части отображены вероятности топологий. Здесь можно увидеть вероятности нахождения альфа-спирали в периплазме, внутри клетки и во внутренней мембране.




    Рис. 4. Межмембранные участки (желтые), указанные на OPM.
    Рис. 5. Межмембранные участки (желтые), предстказанные DeepTMHMM.

    Программа хорошо справилась с предсказанием межмембранных участков. Всего два участка: 23-44 и 329-344. Согласно OPM трансмембранные участки имеют следующие координаты: 23-44 и 318-344. Видно, что DeepTMHMM ошибся с началом второго участка на 11 аминокислотных остатков, он его укоротил. Как мне кажется, такая разница обусловлена аминокислотным составом: если первый участок содержит почти все гидрофобные остатки (V, L, I, F, W, Y), то вот второй имееет фрагмент с 318 по 327 остатки аминокислот (N I I P T I I S S V), в котором есть аспарагин, треонин и серин с полярными боковыми цепями, а также пролин, который создаёт изгиб в спирали (стерическую нагрузку). DeepTMHMM, в отличие от OPM, предсказывает межмембранные участки по аминокислотному составу, поэтому увидел сомнительный участок спирали, он не стал его обозначать как межмембранный. В остальном, выдача DeepTMHMM совпадает с OPM.