На главную страницу
На главную страницу третьего семестра

Исследование белок-нуклеиновых контактов

Получение файлов со структурами

Исследование контактов между молекулами белка и нуклеиновой кислоты

polar – полярные атомы белка
hydrophobic – гидрофобные атомы белка
polar_dna – полярные атомы ДНК
hydrophobic_dna – неполярные атомы ДНК
base – все атомы оснований ДНК
mjg – атомы оснований ДНК, обращённые в большую бороздку ("major groove")
mig – атомы оснований ДНК, обращённые в малую бороздку ("minor groove").
tocompl – атомы оснований ДНК, образующие водородные связи с комплиментарным основанием.

Две белковые спирали лежат в большой бороздке ДНК Спирали белка контактируют друг с другом за счет гидрофобных взаимодействий. Зеленым окрашены остатки лейцина, обеспечивающие связь двух субъединиц

Рассмотрим контакт белка и ДНК.

Полярные Гидрофобные Всего

Контакты белка с ...

... остатками 2'-дезоксирибозы 2 (по 1 в каждой цепи, идентичны) 0 2

... остатками фосфорной кислоты 6 атомов (5 остатков) в одной цепи и 8 (5) в другой
(связь с двумя атомами кислорода одного остатка читалась за одну) --- 14

... остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки 2 атома (1 остаток) в одной цепи и 2 (2) в другой 4 (по 2 в каждой цепи, идентичны) 8

... остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки 0 0 0

Таким образом, больше всего в данной структуре полярных контактов. Гидрофильные остатки белка взаимодействуют с остовом (большая часть этих взаимодействий – с остатками фосфорной кислоты), а также с атомами оснований в большой бороздке. Скрипт face.txt показывает, что молекулы белка лежат в большой бороздке ДНК. С малой бороздкой белок не контактирует.
Контакты двух белковых цепей с ДНК в целом одинаковы, но есть незначительные различия (в основном в контактах с остатками фосфорной кислоты). Но различия в взаимодействиях с основаниями значимы.

Поиск специфических контактов, обеспечивающих узнавание сайта в молекуле ДНК.


цепь C белка	цепь A белка

Рассмотрим взаимодействие цепи C белка и ДНК. Аспарагин образует две водородные связи с тимином и цитозином. Комплиментарное основание к тимину в основной цепи аденин. Таким образом, связывается последовательность TCA. Важны также гидрофобные взаимодействия.

Различия в контактах цепей белка заключаются в том, что аспарагин 293 повернут в разных цепях по-разному. В цепи A он не может образовывать связь с вторым основанием ДНК.
Нос скорее всего этот поворот не играет роли, и реально положение аспарагина идентично. Тогда получаем жесткую структуру из четырех атомов, образующих водородные связи друг с другом. Также ее поддерживают гидрофобные взаимодействия близлежащих атомов.

В чепи A есть еще полярное взаимодействие аргинина с гуанином.

Таким образом, предполагаемый сайт узнавания:

     5*-- TnnnnTCn --3*
     3*-- nCTGnnnT --5*

     5*-- TGACnTCA --3*

С ДНК взаимодействуют остатки белка:
аланин 296 и 297, аспарагин 293 и аргинин 301 в цепи A
аланин 296 и 297 и аспарагин 293 в цепи C.

Описание функций исследованного белка

В банке UniProt найдено описание белка CREB1_MOUSE из комплекса 1dh3. Это активирующий фактор транскрипции, связанный с цАМФ-чувствительным элементом (CRE).
Связавание ДНК регулируется ионами магния.

За связывание с ДНК отвечает домен bZIP_1 (PF00170).
Особенность этого домена $#150; наличие двух спиралей, связанных между собой "лейциновыми застежками". Это гидрофобные взаимодействия, плотно удерживающие две субъединицы белка.
Далее рассмотрим белки, содержащие домен bZIP_1.
Из БД Pfam получено выравнивание ближайших белков (seed). К нему добавлен фрагмент (остатки 281-341) исследуемого белка.

* 2 0 * 4 0 * 6 0

N R

C R E B 1 _ M O U S : - - A R K R E V R L M K N R E A A R E C R R K K K E Y V K C L E N R V A V L E N Q N K T L I E E L K A L K D L Y C - - - - H K S D : 5 9

Y E N 5 _ Y E A S T : A K A W K R A R L L E R N R I A A S K C R Q R K K M S Q L Q L Q R E F D Q I S K E N T M M K K K I E N Y E K L V Q K M K K I S R L : 6 5

A T F 4 _ H U M A N : E K L D K K L K K M E Q N K T A A T R Y R Q K K R A E Q E A L T G E C K E L E K K N E A L K E R A D S L A K E I Q Y L K D L I E E : 6 5

T A F 1 _ T O B A C : E R E L K R E K R K Q S N R E S A R R S R L R K Q A E A E E L A I R V Q S L T A E N M T L K S E I N K L M E N S E K L K L E N A A : 6 5

C P R F 1 _ P E T C : D R D L K R E R R K Q S N R E S A R R S R L R K Q A E A E E L A I K V D S L T A E N M A L K A E I N R L T L T A E K L T N D N S R : 6 5

G B F 3 _ A R A T H : E R E L K R E R R K Q S N R E S A R R S R L R K Q A E T E E L A R K V E A L T A E N M A L R S E L N Q L N E K S D K L R G A N A T : 6 5

G B F 2 _ A R A T H : E K E V K R E K R K Q S N R E S A R R S R L R K Q A E T E Q L S V K V D A L V A E N M S L R S K L G Q L N N E S E K L R L E N E A : 6 5

E M B P 1 _ W H E A : E R E L K R E R R K Q S N R E S A R R S R L R K Q Q E C E E L A Q K V S E L T A A N G T L R S E L D Q L K K D C K T M E T E N K K : 6 5

H B P 1 A _ W H E A : E R E L K K Q K R K L S N R E S A R R S R L R K Q A E C E E L G Q R A E A L K S E N S S L R I E L D R I K K E Y E E L L S K N T S : 6 5

G B F 1 _ A R A T H : E R E L K R Q K R K Q S N R E S A R R S R L R K Q A E C E Q L Q Q R V E S L S N E N Q S L R D E L Q R L S S E C D K L K S E N N S : 6 5

C P R F 3 _ P E T C : E R E L K R Q R R K Q S N R E S A R R S R L R K Q A K S D E L Q E R L D N L S K E N R I L R K N L Q R I S E A C A E V T S E N H S : 6 5

G B F 4 _ A R A T H : K A A A Q R Q K R M I K N R E S A A R S R E R K Q A Y Q V E L E T L A A K L E E E N E Q L L K E I E E S T K E R Y K K L M E V L I : 6 5

C R E B 2 _ B O V I : E A A R K R E V R L M K N R E A A R E C R R K K K E Y V K C L E N R V A V L E N Q N K T L I E E L K A L K D L Y C - - - - H K S D : 6 1

A T F 1 _ H U M A N : D P Q L K R E I R L M K N R E A A R E C R R K K K E Y V K C L E N R V A V L E N Q N K T L I E E L K T L K D L Y S - - - - N K S V : 6 1

C R E M _ H U M A N : E A T R K R E L R L M K N R E A A K E C R R R K K E Y V K C L E S R V A V L E V Q N K K L I E E L E T L K D I C S - - - - P K T D : 6 1

C R E B A _ D R O M : E K S L K K I R R K I K N K I S A Q E S R R K K K E Y M D Q L E R R V E I L V T E N H D Y K K R L E G L E E T N A N L L S Q L H K : 6 5

J U N B _ H U M A N : Q E R I K V E R K R L R N R L A A T K C R K R K L E R I A R L E D K V K T L K A E N A G L S S T A G L L R E Q V A Q L K Q K V M T : 6 5

J U N _ C H I C K / : Q E R I K A E R K R M R N R I A A S K C R K R K L E R I A R L E E K V K T L K A Q N S E L A S T A N M L R E Q V A Q L K Q K V M N : 6 5

J R A _ D R O M E / : Q E K I K L E R K R Q R N R V A A S K C R K R K L E R I S K L E D R V K V L K G E N V D L A S I V K N L K D H V A Q L K Q Q V M E : 6 5

G C N 4 _ Y E A S T : E S S D P A A L K R A R N T E A A R R S R A R K L Q R M K Q L E D K V E E L L S K N - - - - - - - Y H L E N E V A R L K K L V G E : 5 8

C P C 1 _ N E U C R : D P S D V V A M K R A R N T L A A R K S R E R K A Q R L E E L E A K I E E L I A E R - - - - - - - D R W K N L A L A H G A S T E - : 5 7

B Z L F 1 _ E B V / : E C D S E L E I K R Y K N R V A S R K C R A K F K Q L L Q H Y R E V A A A K S S E N D R L R - - - L L L K Q M C P S L D V D S I I : 6 2

Y A P 4 _ Y E A S T : G K P L R N T K R A A Q N R S A Q K A F R Q R R E K Y I K N L E E K S K L F D G L M K - - - - E N S E L K K M I E S L K S K L K E : 6 1

Как видно из данного выравнивания, аспарагин (293 в CREB1_MOUSE) косервативен. Это подтверждает, что найденный контакт важен для связывания с ДНК.
Красным окрашены остатки аланина, гидрофобно взаимодействующие с неполярными атомами ДНК. Они тоже достаточно консервативны (во всех белках присутствует хотя бы один аланин на этих позициях).
Аргинин 301 также консервативен.

Построение схемы контактов белка с ДНК

nucplot

схема контактов

Полученная схема отличается от того, что было найдено ранее. Но основной контакт – c аспарагином 293 – содержится в схеме (под названием "nonbonded contact"). Также присутствует контакт аргинина 293 с ДНК. Но гидрофобные контакты программа nucplot не обнаружила. Также найдено много новых контактов. Возможно, программа ищет контакты с более мягкими условиями.


Две белковые спирали лежат в большой бороздке ДНК	Спирали белка контактируют друг с другом за счет гидрофобных взаимодействий. Зеленым окрашены остатки лейцина, обеспечивающие связь двух субъединиц

	Полярные	Гидрофобные	Всего
Контакты белка с ...
... остатками 2'-дезоксирибозы	2 (по 1 в каждой цепи, идентичны)	0	2
... остатками фосфорной кислоты	6 атомов (5 остатков) в одной цепи и 8 (5) в другой (связь с двумя атомами кислорода одного остатка читалась за одну)	---	14
... остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	2 атома (1 остаток) в одной цепи и 2 (2) в другой	4 (по 2 в каждой цепи, идентичны)	8
... остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	0	0	0