Учебный сайт Сергея Пушкарева

Навигация по сайту:

• Главная
• Семестры:
  1. Первый
  2. Второй
  3. Третий
  4. Четвертый
• Обо мне

Практикум 12. Дополнительный материал по выравниваниям

1. Сравнение множественных выравниваний

Программы Mafft, Muscle и Tcoffee сравнивались в выравнивании пяти последовательностей белка cas9, взятых с Uniprot: CAS9_STRP1, CAS9_FRATN, CAS9_STAAU, CAS9_ACTNH, CAS9_CAMJE. Каждой программой были построены множественные выравнивания, которые для наглядности были выравнены друг с другом с помощью muscle в порядке (Mafft 1 Muscle) 2 Tcoffee. Для визуализации результатов использовался jalview.Ссылка на проект jalview.

Отличия

1. Обратите внимание на блок с 96 по 115 колонки. Во всех выравниваниях он имеет две абсолютно консервативные колонки: 99, 108 и 4 функционально консервативные колонки: 103, 109, 112, 115. Блок можно было бы продлить до 119 колонки, но выравнивание, выполненное Muscle (в середине), мешает это сделать. Напротив, другие алгоритмы сохранили колонки 118 и 119 гомологичными.

   

   Посмотрим теперь что стало с аминокислотами, которые Muscle исключил из гомологии в 118 и 119 колонках. Можно увидеть, что и тут Muscle вместо того чтобы сделать блок от 202 до 211 колонки, как его "коллеги", делает что-то непонятное.

   

   Вывод: Отняв аминокислоты от одного хорошего блока, Muscle не расширяет за их счет какой-нибудь другой хороший блок. Результат Mafft и Tcoffee выглядит правдоподобнее: поскольку cas9 работает с разного рода молекулами РНК, с отрицательно заряженным остовом которых нужно взаимодействовать, логично ожидать наличие по крайней мере функционально консервативных колонок положительно заряженных аминокислот. В колонках 208 и 210 (см. Рис.2) мы наблюдаем такие колонки (хотя 208 колонке мы не видим полной консервативности), что может быть аргументом в пользу правильности выравниваний Tcoffee и Mafft на рис.2 и, как следствие, на рис.1.

2. В колонке 574 программы предлагают различные варианты замены положительно заряженной аминокислоты: в четырех последовательностях в этом месте стоит аргинин или лизин, в пятой же или глутамат (Mafft), либо аланин (Muscle), либо фенилаланин (Tcoffee). Все предлагаемые программами "мутации" этой аминокислоты приводят к утрате положительного заряда. Приходится выбирать "меньшее из трех зол". Глутамат отрицательно заряжен, фенилаланин большой и гидрофобный. Остается аланин.

   Вывод: По сравнению фенилаланином и глутаматом аланин больше подходит на роль нейтральной мутации(Что интересно, из всех трех по размеру радикала это зло правда получается наименьшим).

3. Колонка 1338 в Tcoffee и Muscle содержит консервативный пролин, в CAS9_FRATN из выравнивания Mafft в 1338 колонке стоит аланин. Обе аминокислоты являются гидрофобными, но пролин может играть важную роль в третичной структуре белка, внося изгибы в α-спирали и принимая участие в образовании β-поворота.

   

   Вывод: Возможная роль пролина в структуре белка может быть аргументом к правильности выравниваний Muscle и Tcoffee.

2. Описание ориентированного графа для построения оптимального глобального выравнивания с аффинными штрафами за индели

Граф состоит из трех уровней:

• Уровень 1, отвечающий за гэпы в первой последовательности. Горизонтальные линии.
• Уровень 2, отвечаюший за совпадения/несовпадения букв. Диагонали.
• Уровень 3, отвечающий за гэпы во второй последовательности. Вертикальные линии.

Обозначения на рисунке:

• δ — Значение из используемой матрицы аминокислотных замен(например BLOSUM62) для двух букв.
• ρ — Штраф за открытие гэпа.
• σ — Штраф за увеличение гэпа.

3. Описание ориентированного графа для построения оптимального локального выравнивания с линейными штрафами за гэпы

Правила для заполнения матрицы локального выравнивания лишь немного отличаются от соотвествующих правил для глобального выравнивания: вершины с отрицательным score мы заменяем на нули.

Это позволяет начинать выравнивание из любой вершины графа и заканчивать так же в любой вершине. Заполнива матрицу для score, находится вершина с наибольшим score и от нее прокладывается оптимальное выравнивание.

4. Матрица "весов доброжелательности" полов на основе фотографии.

Ниже приведена таблица половой принадлежности студентов первых пяти рядов. Пустые места обозначены как "-".

Всего студентов,у которых есть хотя бы один сосед, в первых пяти рядах 47: 14 мужчин и 33 женщины. Пар ММ 4, ЖЖ 19, ЖМ 8, МЖ 9. Суммарно при такой рассадке возможно всего 40 пар.
Вероятность, что случайное место займет мужчина = ¹⁴⁄₄₇ = 0.3(У женщин 33⁄47 = 0.7).

В итоге матрица весов дружелюбности при λ=100 выглядит следующим образом:

Из таблицы можно сделать вывод, что мужчины предпочитают сидеть слева от женщин (смотря со стороны лектора), а также то, что пар ЖЖ чуть меньше, чем могло бы быть статистически, а пар ММ, наоборот, больше. В целом, складывая веса пар МЖ и ЖМ и получая положительное число, можно заключить, что полы дружелюбны друг к другу. Ура.