RanHummer personal web-site

Комплексы ДНК-белок

Задание 1. Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

Упражнение 1. Предсказание вторичной структуры тРНК путем поиска инвертированных повторов.

Вторичную структуру РНК можно предсказать с помощью программы einverted, которая находит инвертированные участки в нуклеотидных последовательностях. Для того, чтобы получить наиболее правдоподобную структуру, можно действовать следующим образом:

Подать на вход программе целую последовательность и минимальные параметры, идущие в score с отрицательным знаком (gap_penalty, mismatch_score), также минимизировать параметр minimum score threshold и максимизировать match_score. Тогда получится схема, показывающая, взаимодействуют ли концы структуры. В данном случае это так:

Видно, что в начале и в конце этого "выравнивания" программа нашла спаренные нуклеотиды (блоки по 5 и 4 соответственно). Значит можно ожидать, что в структуре эти стебли действительно есть. В середине же блоков с длиной, большей трех, нет, а также много гэпов, что говорит о недостоверности предсказания этих взаимодействий.
Далее нужно подать программе на вход последовательности, стоящие между найденными блоками, и проверить, появятся ли там стебли длины 3-4 и больше, при этом надо увеличить штрафы за несовпадения и за гэпы. Получается:

Полученный результат уточняет результат первого прогона программы и приближает к результатам из предыдущего практикума

Упражнение 2. Предсказание вторичной структуры тРНК по алгоритму Зукера.

Далее, была использована программа RNAfold, реализующая алгоритм Зукера. При этом была выбрана не структура с минимальной энергией (рис 3), наиболее похожая на тРНК.

Рисунок 3. Структура с минимальной энергией согласно алгоритму Зукера, наиболее близкая к тРНК.

Результаты, полученные ранее с помощью программы find_pair Вы можете посмотреть здесь. Сравнение предсказаний трех различных программ приведено в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение предсказаний, полученных с помощья программ find_pair, einverted и RNAfold.
Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	2:7 - 66:71	1:5 - 65:69	1:6 - 64:69
D-стебель	10:12 - 23:25	9:11 - 21:23	9:11 - 21:23
Т-стебель	49:53 - 61:65	не выяснено	47:51 - 59:63
Антикодоновый стебель	37:44 - 26:33	26:29 - 54:57	25:29 - 37:41
Общее число канонических пар нуклеотидов	22	12	19

Можно заметить, что результаты, полученные с помощью разных программ, различаются либо на сдвиг, либо на длину стебля. Т-стебель из-за сильного сдвига в программе einverted вообще не находит себе места.

Задание 1. Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре.

Упражнение 1. Вспомнить, как с помощью команды define JMol задавать множества атомов.

Результат представлен на странице JMol

Упражнение 2. Описать ДНК-белковые контакты в заданной структуре. Сравнить количество контактов разной природы.

Для определения количества полярных и неполярных контактов был написан скрипт, определяющий множества полярных и неполярных атомов в белке и в ДНК и считающий, сколько атомов каждого вида располагается рядом (на расстоянии меньше 3.5А для предполагаемых полярных и меньше 4.5 для предполагаемых неполярных контактов). Результаты работы скрипта приведены в таблице 2.

Таблица 2. Описание контактов белок-ДНК в структуре с идентификатором PDB 1KSX.
Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	4	22	26
остатками фосфорной кислоты	11	17	28
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	3	5	8
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	0	0	0

Из таблицы 2 видно, что скрипт нашел больше неполярных контактов, что может быть связано как с их распространенностью, так и с тем, что неполярные контакты описывались в радиусе 4.5А, а полярные - 3.5А. Также видно, что из полярных контактов наиболее представлены контакты с остатками фосорной кислоты. Также не было найдено никаких контактов с остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки.

Упражнение 3. Получить популярную схему ДНК-белковых контактов с помощью программы nucplot.

С помощью программы nucplot была получена схема ДНК-белковых контактов (рис. 4).

Рисунок 4. Схема ДНК-белковых контактов для цепей С и D, полученная с помощью программы nucplot.

Упражнение 4.

Максимальное количество контактов ДНК имеет с Arg23(B) (2 контакта). Они представлены на рис. 5:

Рисунок 5. Иллюстрация контакта Arg23(B) с 5G и 6T цепи C.

Если говорить о том, какой остаток важен для распознавания фрагмента ДНК, то можем отметить остаток Glu23(B), так как с их участием происходит непосредственное образование водородных связей между остатком азотистого основания и боковым радикалом цепи белка. Это представлено на рис. 6: