Множественные выравнивания

Использование программы Jalview дает возможность роботы с выравниваниями и поиска выравниваний. В первую очередь такая работа необходима для выяснения гомологии аминокислотных остатков в последовательности. Для наглядности последовательности разделены гепами, это позволяет располагать гомологичные остатки в одной колонке.

Исходным файлом для задания является выравнивание 18 последовательностей. Их можно посмотреть здесь. После загрузки его в Jalview я окрасила аминокислоты по типу Clustalx при консервативности более 70%. На рисунке 1 представлены 2 блока (142-164 и 200-209) и близлежащие к ним колонки.

Первый блок представляет собой очень консервативный участок. Позиции, совпадающие в всех последовательностях можно найти в таблице 1 (строка "Абсолютно консервативные позиции"). Вероятно, этот участок образует активный центр белка, и нарушения в последовательности привели бы к потере функций. Однако некоторые изменения мы можем наблюдать.

В 157 позиции произошла замена аспарагиновой кислоты (D) на аспарагин (N). Замену одной группы без изменения длины радикала, можно объяснить тем, что занимаемое этим радикалом место должно быть фиксированного размера. При этом заряд не имеет большого значения.

Рисунок 1. Два блока выравнивания с высокой консервативностью остатков

Второй блок на рисунке 1 (200-209 позиции) также довольно консервативен. Замены аминокислотных остатков в 205 и 209 колонках можно объяснить тем, что все находящиеся там аминокислоты относятся к алифатическим гидрофобным. То есть возможно, на этих местах важна именно гидрофобность радикала, а не его размер. Хотя по размеру они отличаются слабо (точно такая же ситуация с 145 колонкой первого блока).

В таблице 1 находится статистическая информация о первом блоке: наличие консервативных и функционально консервативных участков.

Таблица 1. Статистическая характеристика первого блока (рисунок 1)

На рисунке 2 представлена часть общего выравнивания, в котором гомологичность 2 последовательностей возможна (TRICA/1-667, ANOGA/1-688), так как нет гепов и есть совпадения. Это участок с 325-331 остатки.

Рисунок 2. Блок выравнивания с негомологичными остатками

Рассмотрим другую часть выравнивания, в которой между участками с достаточной консервативностью присутствуют гепы. Графическая интерпретация одного из таких фрагментов представлена на рисунке 3. Расстояние между блоками составляет 6 позиций, в одной из которых встречается геп.

Рисунок 3. Близкорасположенные блоки с гепами между ними

В качестве следующего задания попытаюсь выровнить последовательность с первым блоком рисунка 1 вручную. Для этого этот блок я вынесла в отдельное окно и добавила туда новую последовательность. Jalview позволяет осуществлять поиск по аминокислотным остаткам, при этом приняты некоторые регулярные выражения. Но это не потребовалось.

Положительный результат дал поиск "SSRF", после добавления гепов и выравнивания оказалось, что выровнялся почти весь первый блок. Выравнивание приведено на рисунке 4.

Рисунок 4. Выравнивание последовательности относительно первого блока рисунка 1

Jalview позволяет получить консенсусную последовательность для выравнивания. Для исходного файла она выглядит так:

Консенсус первого блока, изображенного на рисунке 1:

С помощью сервиса WebLogo я построила LOGO для этого же блока. Результат представлен на рисунке 5. LOGO наглядно показывает степень консервативности каждой позиции.

Рисунок 5. LOGO для первого блока

Скачать весь проект в формате jar можно по этой ссылке. Проект по "выравниванию" заведомо негомологичных последовательностей, результаты работы над которым представлены ниже, здесь.

Для работы с негомологичными последовательностями я использовала белки, которые были описаны моими однокурсниками в предыдущих практикумах. В базе данных UniProt эти белки имеют следующие идентификаторы: Q9YEQ6_AERPE, Q4JA33_SULAC, Q8ZUP0_PYRAE, O28271_ARCFU, D7DTP4_METV3, A3CUL0_METMJ. Файл в формате fasta, полученный с помощью Jalview, с последовательностями этих белков можно посмотреть здесь.

Выравнивание производилось с помощью сервиса Muscle. При этом окрашивание, использованное ранее, не дало ничего. Поэтому я снизила порог консервативности до 50%. Два из обнаруженных "блока" представлены на рисунке 6 (43-51 и 212-215 позиции).

Рисунок 6. Два "блока" при выравнивании негомологичных последовательностей. Низкие значения консервативности (conservation) доказывают, что это лишь совпадения