Занятие 7: Функциональная роль гена в подсистеме

Определение системы, к которой принадлежит ген из прокариотической системы секреции

В записи Uniprot белка A9R427 ссылка на базу данных GO отсутствует, как и LocusName в поле GN записи. В таком случае с помощью BLAST можно найти ближайших гомологов и для них найти идентификаторы GO.

Лучшей находкой BLAST (E-value = 7e-125) оказался белок Q8ZAM3. Тот же белок можно найти с помощью KEGG: в записи для исходного белка можно найти кнопку Ortholog, и одним из первых результатов будет запись KEGG, соответствующая белку Q8ZAM3. В его записи Uniprot можно найти ссылки на базу данных GO:

Идентификаторы GO

Для грам-отрицательный бактерии Yersinia pestis показано [1; 2; ...] существование системы секреции третьего типа (Type III secretion system или T3SS). Данный организм активно изучается, в частности потому, что является возбудителем чумы. T3SS характерна для патогенных бактерий: наиболее важный её компонент – игла (needle complex), через которую происходит секреция белков из цитоплазмы бактерии в цитоплазму эукариотической клетки (хозяина – "the host"). В настоящее время выделяют также следующие основные элементы T3SS: внутренний стержень иглы, белки кольца, белки–транслокаторы, шапероны и АТФаза ^{подробнее}.

В то же время продуктом гена tatB, кодирующего исходный белок A9R427, является TatB – белок Tat-транслоказы (Twin arginine-targeting), состоящей из нескольких белков (TatA, TatB, TatC, а также TatD и TatE в некоторых организмах). Путь экспорта (секреции) белков через Tat служит для транслокации уже "уложенных" (folded) белков, в отличие от пути Sec (Secretory). От Tat-системы транспорта, необходимой для транспорта белков в периплазму, зависит система секреции второго типа (T2SS).

Ниже приведено изображение, иллюстрирующее бактериальные системы секреции. На ней зелёным обозначены белки, идентифицированные в Yersinia pestis Angola. Как видно, у рассматриваемого штамма чумной палочки найдены все белки, необходимые для функционирования T3SS, а также большинство компонентов T2SS. Все белки, участвующие в путях транслокации через Tat и Sec, в Yersinia pestis Angola обнаружены. В частности, красным цветом на схеме выделен TatB – продукт исходного гена.

Бактериальные системы секреции

База данных SEED

С помощью SEED воспользуемся BLAST для поиска в геноме Yersinia pestis или близкородственных организмов. Ограничение на количество геномов для поиска – 10, поэтому поиск был выполнен для доступных штаммов Yersinia pestis и Yersinia pseudotuberculosis. В результате поиска лишь одна находка имела E-value < 1e-7 (равное 4e-98).

На странице найденного гена расположено графическое окно с четырьмя гомологами из разных геномов. Для получения ортологов были выставлены следующие параметры: Number of Regions – 50, Evalue cutoff – 1e-7. Затем были отобраны 15 ортологов из разных родов. На изображении ниже представлена карта окрестностей отобранных ортологов.

Карта окрестностей ортологов tatB

Белок TatB обозначен на карте цифрой 1 (стрелка красного цвета). В Yersinia pestis можно видеть расположенные в его небольшой окрестности гены TatC (цифра 2, зелёная стрелка), TacD (цифра 5, жёлтая стрелка), TatA (цифра 7, фиолетовая стрелка), продукты которых составляют основу Tat-транслоказы. В чумной палочке и многих видах, близких к ней, близко расположены гены, связанные с биосинтезом убихинона: метилтрансферазы UbiE (цифра 4), белка YigP (цифра 6), монооксигеназы UbiB (цифра 3). Однако рассмотрение более далёких видов позволяет предположить, что лишь 2 гена ко-локализованы с исходным (см., например, окрестность для ортолога гена в Chromobacterium violaceum ATCC 12472 или Bordetella avium 197N): это TatA (у названных видов он обозначен серой стрелкой рядом с геном TatB) и TatC. Все три гена отнесены, по данным SEED, к подсистеме Tat (Twin-arginine translocation system).

На странице Browse Subsystems в SEED можно найти описание подсистемы Twin-arginine translocation system. На вкладке функциональных ролей приведены такие гены, как TatA, TatB, TatC, TatE, TatD, TatAd и TatCd. На соседней вкладке осуществлена возможность посмотреть, какие из обозначенных генов есть в определённом геноме. Для Yersinia pestis отмечено присутствие первых пяти, при этом в одном кластере находятся TatA, TatB, TatC и TatD. Именно это и можно наблюдать на карте окрестностей гена TatB в Yersenia pestis, приведённой выше.

Также на этой странице приведены ссылки на базу данных GO для гена TatB:

База данных STRING

С помощью базы данных STRING можно выполнить поиск гена tatB в Yersenia pestis Angola и получить следующий результат при анализе соседства генов:

Карта соседей tatB

Пояснение

Как видно, tatB ко-локализован с tatA и tatC, а также довольно частой является его ко-локализация с tatD. Этот результат компактно отражён в таблице выше. Здесь же приведены краткие описания предполагаемых функций продуктов этих генов. Белок Tat-транслоказы TatB необходим для правильной локализации белков-предшественников, несущих сигнальные последовательности, посредством консервативного мотива twin arginine motif S/T-R-R-X-F-L-K. TatA выполняет сходную функцию, а ген tatD кодирует дезоксирибонуклеазу.

Интересно также посмотреть на карту evidence view, отображающую ассоциации между генами. По карте, полученной для гена tatB видно, что он связан в частности с tatA, TatC (mttB) и TatD (y0455):

Evidence view