практикум №3

/

Предсказание вторичной структуры заданной тРНК и анализ НК-белкового комплекса


1. Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

Заданная тРНК - 1F7V. С предоставленными начальными параметрами (-gap 12 -threshold 10 -match 3 -mismatch -3) программа einverted даёт результат, представленный ниже - только один участок комплементарности, примерно соответствующий акцепторному стеблю. Изменение параметров (-gap 14 -threshold 12 -match 3 -mismatch -4) приводит к двум участкам комплементарности, но только один из них почти соответствует предсказанному ранее программой find_pair стеблю (einverted выдала на нуклеотид короче), поэтому для дальнейшего анализа будет использован начальный набор параметров. Предсказание алгоритом Зукера было проведено при помощи RNAfold.

Score 8: 5/6 ( 83%) matches, 0 gaps
       2 tcctcg 7
         ||| ||
      71 aggggc 66

Aligned
Предсказанная алгоритмом Зукера (RNAfold) вторичная структура 1F7V.

Команда einverted, входящая в пакет EMBOSS, принимает на вход нуклеотидную последовательность ДНК, поэтому для предсказания структуры была всзята последовательность 1F7V из банка NCBI. За счет наличия в последовательность знаков N, предсказанный программой einverted стебель смещен на одно положение (первый нуклеотид как потерян). Также использование подобной последовательности не предусматривает неканонические пары нуклеотидов, в отличии от алгоритма Зукера (пара 5U-68G). По табл. 1 видно, что алгоритм Зукера намного точнее предсказывает структуру РНК, чем программа einverted.

Таблица 1. Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла 1f7v.pdb.
Участок структуры Позиции в структуре (find_pair) Результаты предсказания с помощью einverted Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель 901-907 972-966 (всего 7 позиций) 2-7 \ 5 71-66 \ 68 предсказано 6 пар из 7
D-стебель 910-913 925-922 (всего 4 позиции) - предсказано 6 пар из 4
Антикодоновый стебель 939-944 931-926 (всего 6 позиций) - предсказано 5 пар из 6
T-стебель 949-953 965-961 (всего 5 позиций) - предсказано 5 пар из 5
Общее число канонических пар нуклеотидов 22 5 22

2. Поиск ДНК-белковых контактов.

Упражнение 1.

Заданный для анализа комплекс ДНК-белок - 1rio. Скрипт для JMol для определения множества атомов set1 (кислород 2'-дезоксирибозы), set2 (кислород в остатке фосфорной кислоты) и set3 (азот в азотистых основаниях), а также последовательного изображения ДНК c выделенными множествами атомов.

Упражнение 2.

Для анализа данных по контактам предложено взять цепь H белка. Принимается, что полярные атомы - O, N, неполярные атомы - C, S, P. Полярные контакты предполагаются при сближении полярных атомов в структуре на дистанции меньше 3.5 А, а неполярные - при сближении неполярных атомов на дистанции меньше 4.5 А.

Таблица 2. Контакты разного типа в комплексе 1rio.pdb.
Контакты атомов белка с... Полярные Неполярные Всего
остатками 2'-дезоксирибозы 0 9 9
остатками фосфорной кислоты 5 4 9
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки 5 5 10
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки 0 0 0

Визуально можно сразу сказать, что преобладающими ДНК-белковыми контактами будут те, которые располагаются со стороны большой бороздки, т. к. одна из альфа-спиралей цепи Н располагается в углублении большой бороздки. В целом, цепь Н состоит всего из 4 небольших альфа-спиралей, поэтому контактов будет не так много. И, действительно, контактов малой бороздки ДНК с цепью белка не нашлось, контакты большой бороздки преобладают среди других контактов. Почти совпадает количество полярных и неполярных контактов белка с остатками фосфорной кислоты (5 и 4 соответственно). За счет того, что с остатками дезоксирибозы нашлись только неполярные контакты, именно они являются преобладающими (по сравнению с полярными).

Упражнение 3.

Схема ДНК-белковых контактов, полученная с помощью nucplot.

Рис. 3 Рис. 3 Рис. 3 Рис. 3
Рис. 2. Схема ДНК-белковых контактов.

Упражнение 4.

Выбирались аминокислотные остатки цепи H белка.
Наибольшее число указанных на схеме контактов с ДНК имели Glu399(H) и Thr397(H). Поиск контактов в PyMOL показал, что Thr397(H) взаимодействует с фосфатными остатками непосредственно и через молекулу воды (рис. 3).

Рис. 3
Рис. 3. Взаимодействие Thr397(H) с фосфатными остатками ДНК.

Далее были рассмотрены несколько аминокислотных остатков цепи H, взаимодействующих непосредственно с азотистыми основаниями. Gln414(H) находится в той альфа-спирали, которая входит в углубление большой бороздки, а также связывается с двумя азотистыми основаниями, что позволяет предположить важность его роли в распознавании ДНК (рис.4).

Рис. 4
Рис. 4. Взаимодействие Gln414(H) с азотистыми основаниями ДНК.