Гидрофобные кластеры







Гидрофобные кластеры в структуре белка

В данном практикуме предлагалось выбрать белок и найти гидрофобные кластеры в его структуре. Выбранный белок LGP2 с PDB ID: 5JAJ был найден у Gallus gallus (петух) и является РНК-зависимой АТФ-азой, играющей ключевую роль в индукции иммунного ответа против РНК вирусов, таких как Influenza A virus, Flavivirus, Sendai virus [1].

Было найдено, что белок имеет четыре домена Pfam. Основные - АТФ-связывающий и С-терминальный репрессорный домен, посредством которого происходит взаимодействие с RIG-I хеликазой.



Рисунок 1. Доменная архитектура белка LGP2




Для поиска гидрофобных кластеров был осуществлен запуск сервиса CluD со стандартными параметрами. В белке нашлось 27 ядер, но только 3 из них оказались достаточно велики (остальные 24 не больше 31 атома). В первое ядро попало 964 атома, во второе 167 и в третье - 154. Это составило 14,5%, 2,5% и 2,3% от всех атомов структуры (6638) соответсвенно.
В состав 1 и 3 гидрофобных ядер были включены только аминокислотные остатки, а во 2 ядро попали как аминокислоты, так и азотистые основания РНК. Видимо, порог на расстояние между включаемыми в один кластер атомами оказался большим.



Рисунок 2. Гидрофобные кластеры белка LGP2. Второе по размеру ядро не показано из-за неинформативности






При втором поиске я ограничил порог на расстояние значением в 4.5 ангстрема. Были найдены более осмысленные кластеры, соответствующие особенностям вторичной структуры.





Рисунок 3. Гидрофобные кластеры белка LGP2. Результаты поиска с порогом 4.5 ангстрема





Было решено взять порог чуть больше, так как геликазный домен, показанный розовым на первом рисунке, развалился на два гидрофобных кластера по укладке бета-листа, а АТФ-связывающий домен вообще не был найден. Была выбрана новая граница в 4.7 ангстрема. При данном значении параметра хорошо виден АТФ-связывающий домен, геликазный домен представлен одним кластером, а РНК и белок не объединяются в один кластер.





Рисунок 4. Гидрофобные кластеры белка LGP2. Результаты поиска с порогом 4.7 ангстрема






Рисунок 4. Гидрофобный карман АТФ-связывающего домена






Рисунок 5. Гидрофобные кластеры в месте контакта РНК и белка


Гидрофобные кластеры в структуре белка в комплексе с ДНК

Для визуализайии гиброфобных кластеров комплекса белка с ДНК была выбрана структура комплекса ДНК-полимеразы гамма с PDB ID: 5C51. Поиск производился со следующими параметрами: Distance threshold 4.7 Angstrom, Show clusters not smaller 50. Всего было найдено 8 крупных кластеров. На рисунке показаны 5 из 8. Видно, что кластеры, в целом, занимают ядра белковых субъединиц. Коричневое и оранжевые ядра плотно прилегают к цепи ДНК.





Рисунок 6. Гидрофобные кластеры в месте контакта ДНК и белка






Общий вывод

По результатам работы можно сделать вывод о том, что необходимо тщательно подбирать параметры для разрезания графа. Алгоритм порой оказывался очень чувствителен при изменении порога на расстояние на одну сотую. Думаю, что обязательно нужно комбинировать рассмотренный метод исследования белков с другими, как то: анализ доменов, окружения, сворачивания. Очень часто можно с легкостью, и, возможно, ошибочно, найти объяснение наблюдаемому расположению кластера. Хотелось бы иметь дополниельные критерии оценки и ранжирования качества определяемых кластеров. Наиболее оптимальными праметрами поиска оказались: ограниченние на расстояние - 3.7 ангстрема и ограничение на размер атомов, входящих в кластер - 5.

Ссылки

  1. Wiki: LGP2
  2. PDB: 5JAJ
  3. PDB: 5C51
  4. CluD
  5. Анализ 5JAJ