Исследование ДНК-белковых взаимодействий в структуре комплекса димера LAC-репрессора и его оператора

Краткое описание структуры в файле 1efa.pdb (взята из E.coli)

В файле приведены координаты атомов следующих молекул:
1. Молекула LAC-репрессора (цепи A,B,C)
2. Молекула ДНК (цепи D и E)
Для исследования были выбраны цепи A и B белка и цепи D и E, представляющие ДНК со следующей последовательностью:


цепь D [5] 5' - tgtgagcgctcacatt - 3' [21] 
                ||||||||||||||||  
цепь E [2] 3' - acactcgcgagtgtaa - 5' [18]
    

Функции белка, структура которого представлена в файле 1efa.pdb

Белок (ID: LACI_ECOLI, AC: P03023) выполняет функцию репрессора на лактозном опероне. Связывает аллолактозу как индуктор.

Исследование структуры ДНК

С помощью программ find_pair и analyze получен файл 1EFA_old.out, с помощью которого определено, что ДНК представлена в А-форме. Фрагмент выходного файла, необходимый для определения формы нуклеиновой кислоты можно посмотреть здесь . Средние значения торсионных углов для внутренних нуклеотидов (для всех, кроме краевых) можно посмотреть здесь . Самый "кривой" нуклеотид со значениями торсионных углов, наиболее отклоняющимися от средних указан в том же файле (выделен зелёным цветом). Видимо, при связывании с белком деформация ДНК ощутима для углов alpha, beta, gamma, epsilon и не настолько значительна для углов delta, zeta, chi.

Исследование природы ДНК-белковых контактов

Скрипт для определения множества атомов: my_dna.def


Таблица. Контакты разного типа в комплексе 1efa.pdb

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	0	34	34
остатками фосфорной кислоты	15	7	22
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	14	20	34
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	4	7	11


Из данных таблицы видно, что лучше всего белок контактирует с остовом ДНК, причём полярные контакты характерны для остатка фосфорной кислоты, а неполярные - для остатка рибозы. С большой бороздкой контактов больше, чем с малой, по-видимому, в большой бороздке происходит специфическое ДНК-белковое связывание.

Получение популярной схемы ДНК-белковых контактов с помощью nucplot

Для получения схемы была запущена программа nucplot 1EFA_old.pdb . Предварительно формат записи 1EFA.pbd был переведён с помощью программы remediator .


Комментарии: Программа выдаёт 18 контактов с остатком фосфорной кислоты и 8 контактов с остатком дезоксирибозы, в то время, как RasMol, по заданным ему параметрам определения связей находил 22 и 34 контакта соотвественно. Видимо, дело в том, что программа nucplot ищет связи между аминоскислотами и основаниями, принимая во внимание предпочтительность одних связываний другим (например, известно, что Lys часто связывается с T, Gln - c A), а мы искали непоследственно контакты между атомами, основываясь на их отдалённости друг от друга. Из картинки следует, что с основаниями возникает 13 контактов. Выбранный нуклеотид G8 на D цепи (как самый "кривой" с точки зрения торсионных углов), контактирует с Tyr17, что, возможно, и послужило причиной изменения его положения. Аналогичный нуклеотид на А16 на цепи Е, согласно nucplot, контатов с аминокислотами не образует.

Возможные распознающие контакты

Хорошими кандидатами на роль распознающего контакта могут быть Arg22 и Gln18. Их контакты с G6 и С15 соответсвенно предлагает также программа nucplot , при определении множеств контактирующих атомов с помощью RasMol в большой бороздке ДНК находится по 6 контактирующих атомов (с обеих цепей) для каждого из указанных нуклеотидов. Кроме того, контакты специфичны, что может дать повод предполагать, что замена R или E в этих позициях может привести к исчезновению связи ДНК-белок.

На картинке жёлтым цветом выделен остов ДНК, раскраска задана по атомам.

Характеристика ДНК-связывающего домена LACI_ECOLI

С помощью инструментов Pfam определена доменная структура белка из исследуемого комплекса.


Огромное количество бактериальных транскрипционных регуляторов связывается с ДНК с помощью HTH(helix-turn-helix)-мотива. Эти белки очень различны, но для удобства их можно разделить на группы, опираясь на сходство их последовательностей. Одной из подобных групп является объединение таких семейств белков, как ascG, ccpA, cytR, ebgR, fruR, galR, galS, lacI, malI, opnR, purF, rafR, rbtR и scrR. Для всех семейств этой группы характерно наличие N-концевого НТН-мотива.

На главную