Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

В этой части практикума продолжается работа с т-РНК 1G59, начатая в прошлый раз (страница практикума).

Предсказание через инвертированные повторы

Для предсказания вторичной структуры тРНК поиском инвертированных повторов использовалась команда einverted из пакета EMBOSS. В выдаче получились файлы 1g59.inv и 1g59.fasta.

Как бы я ни старался подогнать параметры штрафов и поощрений, адекватный результат выдавался только такой:

1G59: Score 15: 5/5 (100%) matches, 0 gaps
       3 cccca 7       
         |||||
      69 ggggt 65              
            

Предполагаю, проблема в наличии достаточно большого количества неканонических взаимодействий в реальной структуре.

Предсказание вторичной структуры по алгоритму Зукера

Для предсказания использовалась программа RNAfold из пакета Viena Rna Package. Сначала необходимо было указать к ней путь: <export PATH=${PATH}:/home/preps/golovin/progs/bin>.

Далее использовался конвеер <cat 1G59.fasta | RNAfold --MEA>, выдача показана ниже, Изображение 1 в формате .ps (здесь уже конвертировано в png) сохранилось в рабочей папке без предупреждения об этом.

>1G59_1|Chains
GGCCCCAUCGUCUAGCGGUUAGGACGCGGCCCUCUCAAGGCCGAAACGGGGGUUCGAUUCCCCCUGGGGUCACCA
(((((((.(((((........)))))(((((.......)))))....(((((.......)))))))))))).... (-35.80)
(((((((.(((((........)))))(((((.......)))))....(((((.......)))))))))))).... [-36.21]
(((((((.(((((........)))))(((((.......)))))....(((((.......)))))))))))).... {-35.80 d=1.57}
(((((((.(((((........)))))(((((.......)))))....(((((.......)))))))))))).... {-35.80 MEA=72.59}
 frequency of mfe structure in ensemble 0.511871; ensemble diversity 2.92  
            

В Таблице 1 приводится сравнение трёх методов предсказания вторичной структуры тРНК. Как видно в таблице, программа einverted не дала необходимые результаты. Алгоритм Зукера хорошо предсказывает вторичную структуру, но необходимо отдельно подбирать параметры для идеального совпадения в каждом случае.

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	501–507/572–566	предсказано 5 пар из 7 реальных	предсказано 7 пар из 7 реальных
D-стебель	510–513/525–522	-	предсказано 5 пар из 4 реальных
T-стебель	549–553/565–561	-	предсказано 5 пар из 5 реальных
Антикодоновый стебель	538–544/532–526	-	предсказано 5 пар из 7 реальных
Общее число канонических пар нуклеотидов	20	5	18

Поиск ДНК-белковых контактов

Возвращение к работе в JMol

По заданию необходимо вспомнить, как задавать множества атомов. В апплете ниже скрипт сначала загружает структуру ДНК в проволочной модели, затем отображает на ней шарами последовательно множество атомов кислорода 2'-дезоксирибозы, множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты и множество атомов азота в азотистых основаниях.

Поиск и характеристика ДНК-белковых контактов

В этой части практикума ведётся работа со структурой 1DDN.

За полярные принимались атомы кислорода и азота, за неполярные атомы углерода, фосфора и серы. При полярном контакте расстоение между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5Å, а при неполярном контакте неполярные атомы будут находиться на расстоянии меньше 4.5Å.

Контакты атомов белка	Полярные	Неполярные	Всего
c остатками 2'-дезоксирибозы	2	10	12
c остатками фосфорной кислоты	11	5	16
c остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	0	4	4
c остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	0	0	0

Можно заметить, что c остатками 2'-дезоксирибозы образуется больше неполярных контактов, а c остатками фосфорной кислоты больше полярных. Возможно, это объясняется процентным соотношением полярных и неполярных атомов в этих остатках.

Для обеих бородок не было найдено полярных контактов, неполярные были найдены только у большой бороздки. Скорее всего, это обусловлено труднодоступностью этих атомов цепи ДНК, особенно в малой бороздке.

Получение схемы ДНК-белковых контактов с помощью программы nucplot

Программа nucplot работает со старым форматом pdb-файлов, поэьтому сначала необходимо было конвертировать файл с помощью команды <remediator --old 1ddn.pdb > 1ddn_old.pdb>.

Далее с помощью команды <nucplot 1ddn_old.pdb> получили ps-файл с несколькими страницами схем ДНК-белковых контактов. Они представлены на Изображениях 1-4, на Изображении 5 изображён ключ к схемам.

Наибольшее количество (а именно 3) контактов с ДНК у остатка Arg29(D). При этом, по видимому, эти контакты играют далеко не ведущую роль.

Можно предположить, что для узнавания и связывания с ДНК у каждой субъединице должны быть одинаковые контакты между ДНК и одними и теми же аминокислотными остатками, соответствующими симметрии субъединиц относительно ДНК (A/C, B/D). Если следовть такой логике, самыми важными остатками окажутся:

• Arg29, взаимодействующий с атомами фосфорного остатка
• Thr40, образующий сильное взаимодейтсвие с кислороом OG1 цитозина
• Arg50, связь с фосфорным остатком в симметрии A/B, C/D (