Практикум 12. Алгоритмы и программы множественного выравнивания.

Описание выбранного семейства белковых доменов

Для проведения множественных выравниваний были выбраны белки с доменом из прошлого задания - PF03462, доменная архитектура состоит только из PF03462. Выбранные белки: A0A022PWQ0, A0A059BLP7, A0A067E6X1, A0A067EEI5, A0A067EFC2.

Множественные выравнивания были произведены с помощью программ: muscle (A), mafft (B), t-coffee (C). Сравнивались 2 пары выравниваний: A с B и A с C. Для сравнения использовалась программа, написанная на Python. В ходе сравнения гэпы были заменены на None, а остальные выровненные позиции на их порядковых номера.
muscle.fasta, mafft.fasta, tcoffee.fasta
JalviewProject

Две колонки из множественных выравниваний считаются выровненными, если вектора (наборы) номеров их остатков полностью совпадают. Одинаково выровненные колонки объединяются в блоки (>=2 подряд идущих совпадающих колонок).

Сравнение A и B

Одинаково выровненные колонки, не входящие в блоки: 1.

Сравнение A и C

Одинаково выровненные колонки, не входящие в блоки: 1.

Сравнение результататов

Хотя число совпадающих блоков A-B ниже чем A-C (13 и 15). Оба выравнивания, B и C, похожи на выравнивание A. В обоих случаях совпадает около 80% колонок относительно длины выравнивания A, различия меньше 1%. Можно сделать вывод, что A-B похожи большим числом мелких блоков, а A-C меньшим числом крупных. В целом, незначительное различие в проценте схожих колонок свидетельствует о примерной сопостовимости алгоритмов в данном случае.

Построение выравнивания по совмещению структур
и сравнение его с выравниванием MSA

Для выполнения задания были выбраны белки с доменом - PF00008: 1dt4, 1dtj, 1e3h. С помощью программы PDBeFold было получено множественное совмещение структур (рис. 1). Выравнивания анализировались использованной в прошлой задачи программой, написанной на Python.
muscle.fasta, structureAlignment.fasta
JalviewProject

Сравнение PDBeFOLD и MUSCLE

Одинаково выровненные колонки, не входящие в блоки: 3.

Низкое количество одинаково выровненных колонок закономерно вследствие значительной разницы в размерах белков. Выравнивание PDBeFOLD длиннее чем muscle, что объясняется тем, что анализ информации о пространственном положении в целом более эффективный чем - только последовательностей, особенно если это касается неструктурированных участков и гибких петель. N-концевая часть домена вероятна могла иметь такие участки, что подтверждается низким числом одинаково выровненных колонок в этой части. В ядре домена находится высококонсервативный участок и больше пересекающихся колонок, что свидетельствует о том, что алгоритмы дают здесь схожие результаты и что консервативные части домена могут быть хорошо выровнены без структурных выравниваний.

Краткое описание одной из программ MSA

MUSCLE (Multiple Sequence Comparison by Log-Expectation) - программа для множественного выравнивания белков и нуклеотидов.
Алгоритм работает в 3 этапа:

1. Первичное выравнивание строится по попарным расстояниям между последовательностями методом UPGMA. Итог: первичное выравнивание и первичное дерево.
2. Вторичное выравнивание. Дерево дерево перестраивается на основе расстояний Кимуры, выравнивание пересчитывается.
3. Итеративное улучшение выравнивания (refinement). Несколько итераций разделения дерева на два поддерева и оптимизации выравнивания между ними.