Поиск ДНК-белковых контактов в 1RH6

Определение множеств в JMol

В скрипте 1 последовательно заданы множества JMol:

Cкрипт 2 последовательно даёт изображение:

ДНК-белковые контакты в 1RH6

Таблица 1. Число контактов между ДНК и белком в 1RH6
Контакты атомов белка с Полярные Неполярные Всего
остатками 2'-дезоксирибозы 7 26 33
остатками фосфорной кислоты 11 44 55
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки 3 5 8
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки 1 5 6
Для получения таблицы 1 понадобилась последовательность команд: 

define polar oxygen or nitrogen
define nonpolar carbon or phosphorus or sulfur
select polar and within(3.5, *.??') and protein
select nonpolar and within(4.5, *.??') and protein
select polar and within(3.5, *.P or *.OP?) and protein
select nonpolar and within(4.5, *.P or *.OP?) and protein
define major *.c6 or *.n6 or *.o6 or *.c5 or (*.c4 and (c or t)) or *.n7 or *.n4 or *.o4 or *.c5 or *.c8 or *.c5m
select polar and within(3.5, major) and protein
select nonpolar and within(4.5, major) and protein
define minor *.c2 or *.o2 or *.n1 or *.n2 or *. n3 or (*.c4 and (a or g)) or *.n9 or *.c6
select polar and within(3.5, minor) and protein
select nonpolar and within(4.5, minor) and protein

Как видно из полученной таблицы, в структуре комплекса преобладают неполярные взаимодействия. Белок имеет почти вдвое больше контактов с остатками фосфорной кислоты, чем с остатками сахара. Согласно таблице, число контактов белка с большой бороздкой и с малой почти равно, т.е. он лежит как в большой бороздке, так и в малой (если говорить, опираясь на 3D-структуру).

Получение схемы ДНК-белковых контактов

С помощью программы nucplot на сервере kodomo была построена схема ДНК-белковых взаимодействий (представлена на рисунке 1, а также в файле nucplot.ps )

Рис. 1 Схема ДНК-белковых взаимодействий

Анализ полученной схемы

Как видно из схемы, наибольшее количество контактов с белком имеет фосфор 21-ого нуклеотида (хоть и через воду). Однако не понятно, каким местом взаимодействует с ДНК валин-25 цепи А белка (см. рисунок 2). Скорее всего на схеме должен быть указан Val25(B)

Рис. 2 Пространственное представление ДНК-белковых взаимодействий

Согласно схеме, наибольшее число контактов с ДНК имеет тирозин с порядковым номером 41 цепи B: он взаимодействует с фосфором 22-ого и 21-ого нуклеотида напрямую и через молекулы воды с 21-ым (см. рисунок 3).


Рис. 3 Изображение контактов Tyr41 с ДНК. Взаимодействующие атомы подписаны (кроме фосфоров), пунктиром обозначены связи. На рисунке также показано окружение Tyr41, G21 и A22 в радиусе 5Å.
Примечательно, что Tyr41 находится в β-тяже, т.е. в фиксированной структуре, не обладающей особой подвижностью. К тому же эта аминокислота имеет 3 контакта с ДНК. Поэтому, вполне разумно предположить, что Tyr41 принимает участие в распознавании ДНК.

Также в схеме имеется единственый случай, когда боковой радикал аминокислоты напрямую взаимодействует (без участия воды) с азотистым основанием ДНК, причём с двумя сразу. Это контакты аминогрупп Аргинина23(B) с кислородами аминокислот Tимин6 и Гуанин5 (см. рисунок 4)


Рис. 4 Изображение контактов Arg23 с ДНК. Взаимодействующие атомы подписаны (кроме кислородов), пунктиром обозначены водородные связи. На рисунке также показано окружение Arg23, T6 и G5 в радиусе 10Å.
Как видно из рис. 4, Arg23 находится в α-спирали, и его боковой радикал глубоко уходит в большую бороздку ДНК, где взаимодействует сразу с 2 азотистыми основаниями. На мой взгляд, это весьма специфичный случай, а потому Аргинин23 наиболее важен для распознавания последовательности ДНК.

Предсказание вторичной структуры тРНК из 1GTR

Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов

Программа einverted из пакета EMBOSS находит инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях. Но на мой взгляд, она почти непригодна для предсказания вторичной структуры тРНК, т.к. она делит последовательность всего на 2 части и выравнивает их друг против друга. А в тРНК имеются комплементарные участки, идущие сразу друг за другом (T- и D- стебли), которые einverted врядли определит. Тем не менее, были подобраны параметры, при которых полностью находятся акцепторный и антикодоновый стебли: 

1GTR_RNA: Score 176: 24/28 ( 85%) matches, 12 gaps
       1 ggggtatc---g---ccaa--gcggtaaggcaccggattc 32  |    
         |||||| |   |   | ||   ||| || |  ||||| ||     | предсказание einverted
      69 ccccat-gctcctaagcttggagcc-ttac--ggccttag 34  |   

         ggggta--------------------a-ggcaccggatt      |реальная
         ccccat-gctc--------------------cggcctta      |ситуация
         |    |				|      |
	акцепторный	  		антикодоновый
	стебель				стебель
Параметры: -gap 4 -threshold 50 -match 10 -mismatch -4
Результаты занесены в таблицу 2.

Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера

На сервере Mobyle@Pasteur проведено предсказание вторичной структуры тРНК из 1GTR по алгоритму Зукера при 37 ℃. Из предложенных вариантов выбран тот, что почти точь-в-точь повторяет реальную структуру (структура изображена на рис. 5)


Рис. 5 Предсказанная по алгоритму Зукера вторичная структура тРНК из 1GTR
Её сравнение с реальной структурой отражено в таблице 2. Предсказание даёт превосходные результаты, разница лишь в том, что алгорим Зукера не использует неканонические пары.
Таблица 2. Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла 1GTR.pdb
Участок структуры Позиции в структуре (по результатам find_pair) Результаты предсказания с помощью einverted Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель 5'- 2‒7 -3'
3'- 71‒66 -5'
всего 6 пар 		6 из 6 6 из 6
D-стебель 10‒12, 13, 14, 15
25‒23, 45, 21, 48
всего 6 пар 		∅ 3 из 6
T-стебель 5'- 49‒53, 54, 55
3'- 65‒61, 58, 18
всего 7 пар 		∅ 5 из 7
Антикодоновый стебель 5'- 37‒44 -3'
3'- 33‒26 -5'
всего 8 пар 		7 из 8 5 из 8
Общее число канонических пар нуклеотидов 19 (+8 не У-К пар) 12 (+1 не У-К пара) 19
PS при просмотре таблицы удобно использовать информацию по определению структуры водородных связей.