Комплексы Днк-белок

Предсказание вторичной структуры тРНК:

1.Путём поиска инвертированных повторов

Всё ещё работая с тРНК из прошлого практикума, на этот раз с помощью программы einverted была предсказана структура тРНК - этот способ отличается от предыдущего алгоритма find-pair, однако в идеальном варианте второй относительно предыдущего практикума способ должен дать схожие результаты.

Программа einverted принимает на вход fasta-файл последовательности тРНК(pdbid=1ml5) и анализирует его. Помимо исходного файла, есть возможность изменить параметры, с помощью которых проводится анализ, как то штраф за гэпы, или минимальное пороговое значение очков за совпадения. В принципе, программа способна работать и с заданными по-умолчанию параметрами, проблема лишь в том, что в случае 1ml5 она в таком случае не может найти вообще никаких компементарных участков.

Поэтому было решено изменить параметры, в частности, понизить пороговое значение (далее - mst) с 50 до, скажем, 20 и посмотреть, какие результаты получатся в таком случае.

Мы стремимся получить около-достоверную картинку - 4 стебля = 4 двухцепочечных участка. Как выяснилось, именно mst вносит наибольший вклад в выдачу программы. Попытавшись поэксперементировать с штрафами за гэп, было получено неадекватное восприятие со стороны einverted. С тем же самым значением mst она выдавала достаточно похжие стебли, возможно, с большим, но сравнимым количеством гэпов. Так что изменение штрафа не было внесено в конечный результат.

Исключительно эмпирическим путём было получено значение mst = 20, при котором программа отметила один из стеблей.

2.По алгоритму Зукера

Но прежде, чем переходить к сопоставлению, хотелось бы обратить внимание, что на руках у нас имелся ещё один метод анализа - программа RNAfold. Это программа не из пакета EMBOSS, а из другого пакета, с которым мы ранее не сталкивались - Viena Rna Package. Программа использует алгоритм Зукера, и на выходе мы так же имеем пары для стеблей.
Получилась весьма достоверная картинка:

Рисунок 1. Структура тРНК по Зукеру.

Теперь, имея возможность сравнить целых три типа предсказаний комплементарных пар, приведём таблицу:
Участок структурыПозиции в структуре (по результатам find_pair) Результаты предсказания с помощью einverted Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель5'- 2-7 -3'
5'- 66-71 -3'
Всего 6 пар
- 5'- 1-7 -3'
5'- 66-72 -3'
Всего 7 пар
D-стебель5'- 10-13 -3'
5'- 22-25 -3'
Всего 4 пары
- 5'- 10-13 -3'
5'- 22-25 -3'
Всего 4 пары
Т-стебель5'- 49-53 -3'
5'- 61-65 -3'
Всего 5 пар
5'- 49-53 -3'
5'- 61-65 -3'
Всего 5 пар
5'- 49-53 -3'
5'- 61-65 -3'
Всего 5 пар
Антикодоновый стебель5'- 38-44 -3'
5'- 26-32 -3'
Всего 7 пар
- 5'- 27-31 -3'
5'- 39-43 -3'
Всего 5 пар
Общее число канонических пар нуклеотидов22521

Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Ссылка на скрипт

Изображение множеств различных атомов

Чтобы просмотреть скрипт с изображением данных множеств - нажмите кнопку "№1Multiple define".

Описание

Теперь опишем ДНК-белковые контакты в заданной ранее структуре, сравнив количество контактов разной природы.
Полярный контакт = пара полярных атомов (азота или кислороды) в связи ДНК-белок, где расстояние между атомами меньше 3,5 ангстрема.
Неполярный контактом = пара неполярных атомов (углерод, фосфор, сера), где расстояние меньше 4,5 ангстрема. Полученные с помощью работы в JMOl данные были занесены в Tаблицу 2. Перейти в конец истории Выбрать файлы

Таблица 2. Контакты ДНК-белок

Комментарий: Количество атомов белков участвующих в контакте зачастую при подсчёте не совпадало с количеством атомов у ДНК - следовательно, количество контактов, как таковых, это наибольшее число - несколько атомов белков находятся в достаточной близости от атома ДНК, чтобы предполагать контакт.

Ознакомиться со скриптом, скомпилированным во время работы, можно здесь.

Контакты атомов белка:ПолярныеНеполярныеВсего
С остатками 2'-дезоксирибозыДНКБЕЛОКДНКБЕЛОК82
11126570
Всего контактов:12 Всего контактов:70
С остатками фосфорной кислотыДНКБЕЛОКДНКБЕЛОК48
18211427
Всего контактов:21 Всего контактов:27
С остатками азотистых оснований со стороны большой бороздкиДНКБЕЛОКДНКБЕЛОК16
00716
Всего контактов:0 Всего контактов:16
С остатками азотистых оснований со стороны малой бороздкиДНКБЕЛОКДНКБЕЛОК22
1191110
Всего контактов:11 Всего контактов:11
Рисунок 2.Схема контактов с легендой(key).

Визуализация ДНК-белковых контактов

Была использована программа пакета EMBOSS nucplot, предназначенная для создания наглядной схемы ДНК-белковых контактов в ps-формате, который легко конвертировать в формат pdf с помощью утилиты ps2pdf (так же как с помощью любого онлайн-конвертера легко конвертировать в любой иной формат). Днк-белковые контакты здесь представлены на примере комплекса ДНК с доменом эндонуклеазы I-TEVI (pdbid=1i3j).

Если внимательно изучить данную схему, можно чисто визуально отметить большое количество контактов с разными аминокислотными остатками: всего их порядка тридцати-сорока, большинство образует всего один контакт с ДНК, из-за чего выделить остаток с наибольшим числом указанных на схеме контактов становится достаточно трудоёмкой задачей.

С небольшим отрывом лидирует Asn175 - он образует 4 контакта:

  • 2 с сахаром седьмого нуклеотида(G)
  • 2 с сахаром восьмого нуклеотида(G)
Однако ни один из них не определяется программой, как водоронач связь приличествующей ей длины.
Рисунок 3. Седьмой и восьмой нуклеотиды, цепь В.

Ознакомиться с полной pdf-выдачей nucplot в хорошем качестве можно по ссылке.. А мы переходим к детальному рассмотрению контактов.

Была предпринята попытка запечатлисть с помощью Jmol вышеописанные связи с ASN175. На рисунке 4 изображены седьмой и восьмой гуанин и, более крупно, выделен исследуемый нами аспарагин. Длины всех четырёх связей так же измерены и указаны.

Рисунок 4. Седьмой и восьмой нуклеотиды, цепь В, связь с аспарагином 175.

Однако ещё более интересен нам вопрос о наиболее важном для распознавания ДНК аминокислотном остатке. Здесь всё ещё менее очевидно на первый взгляд, потому что без справочной информации и лишь по виду контактов вывести верный ответ на такой вопрос не просто.

Казалось бы, это может быть любой аминокислотный остаток, взаимодействие которого с последовательностью обусловлено её структурой, может быть важен для для распознавания структуры, однако мы знаем [1], что представляет из себя структура нашей ДНК в связи с белком и можем предсказать, какие связи наиважнейшие. I-tevI испоkьзует механизм связывания через цинковые пальцы. т.е. ей требуется 20 пар оснований как сайт посадки, и белок большей частью вкладывается в малую бороздку структурой α-спирали и структурой спираль-поворот-спираль.

Рисунок 5. Участки связывания (отмечены жёлтым).

Зная, на какие участки приходится α-спираль, проанализировав структуру в Jmol и сверившись с данными PDB, вот что мы имеем на данный момент:
  • Контактирующие с последовательностью спирали имеют нуклеотидные координаты:
    1. 172-174;
    2. 184-194;
    3. 205-207;
    4. 210-212;
    5. 215-222;
    6. 226-234;
    7. 240-242
  • На них контактируют со спиралями:
    • Ser171 - фосфат(7)
    • Gly172 - водородная+фосфат(7)


    • Ser191 - фосфат(11)
    • Lys187 - водородная+через воду с фосфатом(9)
    • Ile190 - сахар(11)
    • Met194 - Тимин(11); сахар(12)


    • Asn201 - Цитозин(14)
    • Lys203 - водородная+фосфат(14);водородная+фосфат(15)


    • Ala215 - 3*фосфат(14)
    • Ala216 - водородная+фосфат(14)


    • Tyr231 - фосфат(32)
    • Thr230 - водородная+фосфат(15)
    • Arg232 - через воду+водородная+фосфат(33)
    • Lys234 - фосфат(16)


    • Tyr242 - водородная+фосфат(15)


  • Очевидно, что на распознавание структуры ДНК непосредственно влияют те аминокислотные остатки, которые связаны непосредственно с нуклеотидами, ведь эндонуклеаза как сайт связываний узнаёт последовательность нуклеотидов, ассоциируясь с ней.
  • Итого: имеем Met194 - Т(14), Asn 201 - С(14), расположенные не так далеко.
3.8 A[MET]194:A.O #1225[A]12:B.O4'#228
6.34 A[MET]194:A.N #1222[T]11:B.O2 #215
2.6 A[ASN]201:A.ND2 #1281[C]14:B.O2 #275
Таблица 2. Связи для Met194 & Asn201

Asn полностью покрашен жёлтым, Met - только центральный атом.
Рисунок 7. Вышеуказанные контакты(2)


Источники: Статья об эндонуклеазе [1]

Вернуться назад

На главную страницу


©Solonovich Vera,2017