Третий семестр

Исследование ДНК-белковых взаимодействий в структуре комплекса интрон - ассоциирующей эндонуклеазы.

Краткое описание структуры в файле 1I3J.pdb


В файле приведены координаты атомов следующих молекул :
1 Молекула 5'-D(*TP*TP*CP*TP*TP*GP*GP*GP*TP*CP*TP*AP*CP*CP*GP*TP*TP*TP*AP*AP*T)-3' Цепь: B
2 Молекула 5'-D(*AP*AP*TP*TP*AP*AP*AP*CP*GP*GP*TP*AP*GP*AP*CP*CP*CP*AP*AP*GP*A)-3' Цепь : C
3 Молекула Интрон-ассоциирующая эндонуклеаза 1
Фрагмент: ДНК-связывающий сайт Цепь: A
Для исследования были выбраны цепь А белка и цепи B и C, представляющие ДНК со следующей последовательностью:


        цепь B [1] 5' - AATTAAACGGTAGACCCAAGA - 3' [21] 
                         |||||||||||||||||||| 
      цепь C [31] 3' -   TAATTTGCCATCTGGGTTCTT - 5' [51]




Функции белка, структура которого представлена в файле 1I3J.pdb

Эта эндонуклеаза специфична для гена тимидиловой синтазы и вовлечена в хоминг интронов.(Хоминг интрона - явление, наблюдаемое при скрещивании особей двух типов, ген одной из которых не содержит интрон в определенном положении; интроны из ДНК особи способны возвращаться в своё положение; Хоминг интрона был описан у инфузорий и некоторых др. организмов)

Исследование структуры ДНК

С помощью программ find_pair и analyze было определено,что данная ДНК имеет тип формы В. Также в выходном файле этой программы содержаться данные о значения торсионных углов.Используя эти данные были проведены расчеты по поиску средних значений углов для внутренних нуклеотидов ( всех, кроме краевых). И найден самый "кривой" нуклеотид (13 цитозин, цепь С) со значениями торсионных углов, наиболее отклоняющимися от средних.
По-видимому, именно связывание с белком приводит к деформации ДНК.

Исследование природы ДНК-белковых контактов

1) Cкрипты , в котором определены множества атомов, необходимые для определения взаимодействий между ДНК и белком. необходимые для выполнения упр.2;


Cкрипт my_dna.def	Скрипт, вызов которого в RasMol даст последовательное изображение всей структуры, только ДНК в проволочной модели, той же модели, но с выделенными шариками множеством атомов кислорода рибозы , затем кислорода в остатке фосфорной кислоты и азота в азотистых основаниях .	Определение множеств образующих полярные и неполярные контакты.
define rib (*.o4* or *.C4* or *.C1* or *.C2* or *.C3* ) and backbone define o_phos *.Op* or *.P and nucleic define set3 nitrogen and dna define bolb dc.n4,da.n6,dt.o4, dg.o6,dg.n7,da.n7,dt.c5m,dc.c5, dg.c8,da.c8,dt.c6,dc.c6,dg.c5,da.c5 define malb dc.o2,dt.o2,dg.n3,dg.n2,da.n3,da.c2 echo rib остатки 2'-дезоксирибозы o_phos остатки фосфорной кислоты bolb остатки азотистых оснований со стороны большой бороздки malb остатки азотистых оснований со стороны малой бороздки	restrict none select all wireframe pause wireframe off select not protein wireframe pause select dna and (*.o4* or nitrogen or *.op*) spacefill pause spacefill off	define set1 (carbon or sulfur or phosphorus) define set4 (oxygen or nitrogen) define set2 within(3.5,malb and set4) and amino and set4 define set3 within(3.5,bolb and set4) and amino and set4 define set5 within(3.5,*.o?*) and amino and set4 define set6 within(3.5,*.o?p) and amino and set4 define set7 within(4.5,*.p and backbone) and amino and set1 define set8 within(4.5,malb and set1) and amino and set1 define set9 within(4.5,bolb and set1) and amino and set1 define set10 within(4.5,rib and set1) and amino and set1

2) Приведенные ниже множества определяются скриптом

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	12 (set5)	70(set10)	82
остатками фосфорной кислоты	21(set6)	27(set7)	48
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	0(set3)	4(set9)	4
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	9(set2)	4(set8)	13

3) Наибольшее количество контактов с атомами остатков фосфорной кислоты, это можно объяснить тем,что они находятся на ребре молекулы ДНК и наиболее доступны для взаимодействия с аминокислотами. Взаимодействий со стороны малой бороздки больше,чем со стороны большой - что вполне логично,т.к согласно PDB структуре белок в основном "лежит" именно в малой бороздке.

Получение популярной схемы ДНК-белковых контактов с помощью nucplot

. Для получения схемы использовалась команда nucplot 1I3F_old.pdb .Файл 1I3F_old.pdb результат конвертации скаченного файла 1I3F.pdb при помощи программы remediator. Оригинальный выходной файл имеет расширение ps. Для удобства данный файл преобразован в pdf -формат и представлен здесь.
Согласно этому файлу - водородных взаимодействий(hydrogen bond DNA) 29,а не водородных контактов (Nonbonded contact to DNA <3.35) 17. Это значительно меньше,чем количество контактов определенных при помощи RasMol.Основная причина такого расхождения в том,что nucplot находит контакты между основанием ДНК и аминокислотами, а мы искали взаимодействия непосредственно между атомами.

Возможные распознающие контакты

Комментарии

На данной картинке представлен в шарнирной модели нуклеотид С14 цепи В с раскраской по атомам и множества атомов белка ,которые предположительно могут образовывать полярные и не полярные связи с ДНК.(Соответсвенно раскрашены set5 розовым,set6 голубым,set2 фиолетовым,set7 зеленым).Я считаю ,что наиболее возможные распознающие контакты будут именно с этим нуклеотидом ,по данным nucplot он имеет наибольшее число взаимодействий с белком , а во-вторых этот нуклеотид по совокупности значений торсионных углов является самым деформированным.Предположительно, это объясняется именно взаимодействием с белком.

Характеристика ДНК-связывающего домена NUMOD3 (PF07460)

Доменная структура белка из исследуемого комплекса по БД Pfam.



Source	Domain	Start	End
PfamA	GIY-YIG	2	96
PfamA	NUMOD3	109	122
PfamA	NUMOD3	178	191

Полное название ДНК-связывающего домена: NUMOD3 motif
Aннотация в InterPro:
Это короткий спиральный мотив с неизвестной функцией, найденный в белке интрон- ассоциирующей эндонуклеазы 2 ,вовлеченной в хоминг интронов.