Матрицы аминокислотных замен. Карта локального сходства

Карта локального сходства 2 полипротеинов

Карта локального сходства геномных полипротеинов Poliovirus type 1 (strain Mahoney) (по оси абсцисс) и Foot-and-mouth disease virus (strain A10-61) (Aphthovirus A) (по оси ординат):

Характеристики 2 лучших блоков локального выравнивания:

Block №	Length 1^*	Length 2^*	Mature Protein 1^*	Mature Protein 2^*	Score	Score in bits	% Identity	% Positives	Gaps
1	615	644	Protease 3C, RNA-directed RNA polymerase	Picornain 3C, RNA-directed RNA polymerase 3D-POL	638	250 bits	29%	48%	59
2	277	263	Protein 2C	Protein 2C	397	157 bits	37%	51%	26

* 1 - относится к вирусу полиомиелита, 2 - относится к вирусу ящура

Сравнение веса выравнивания со случайным

Гомологичность выровненных последовательностей оценивается с помощью p-value выравнивания - вероятности получить больший или такой же вес при выравнивании одной из исходных последовательностей с последовательностью, полученной случайным перемешиванием букв другой исходной последовательности. p-value рассчитывается по формуле:

p-value = 2^-B , где B - вес выравнивания в битах, который, в свою очередь, рассчитывается из статистических данных:

B = 1 + (S - M)/(Q1 - M) , где

S - вес исходного выравнивания, M - медиана весов выравнивания первой последовательности с много раз случайно перемешанной второй, Q1 - верхний квартиль этих весов.

Оценка локального выравнивания предположительно гомологичных факторов сопряжения транскрипции и репарации Escherichia coli и Bacillus subtilis:

ID1	MFD_ECOLI
ID2	MFD_BACSU
Score	1857.0
M	103.25
Q1	117.25
Bits	126.27

p-value	9.8e-39

Оценка локального выравнивания предположительно негомологичных декарбоксилирующей 6-фосфоглюконатдегидрогеназы Escherichia coli и пантотенаткиназы Bacillus subtilis:

ID1	6PGD_ECOLI
ID2	COAA_BACSU
Score	51.0
M	48.0
Q1	53.25
Bits	1.57

p-value	0.34

Проверка формулы для перевода веса в биты

Формула B = 1 + (S - M)/(Q1 - M) даёт оценку (через p-value) случайности появления выравнивания данного веса. Соответсвенно, если вес исходного выравнивания составляет уровень верхней 1/8 (O1) весов любого количества случайных выравниваний, то вероятность получить случайное выравнивание с таким же или больше весом должна быть p = 1/8 = 2^(-3), значит, этот вес соответствует 3 битам. Проверим формулу для 1000 случайных последовательностей и веса гипотетического локального выравнивания (исходной последовательности со специально подобранной случайной последовательностью), равному уровню верхней 1/8 весов локальных выравниваний исходной последовательности с этой 1000 случайных последовательностей:

ID1	CHLE_MIMIV
ID shuffled	CHLE_HUMAN
Hypothetical Score = O1	72.5
M	59.0
Q1	67.5

Bits = 1 + (O1 - M)/(Q1 - M) = 1 + (72.5 - 59.0)/(67.5 - 59.0) = 2.59

Полученный счёт в битах заметно отличается от теоретического значения, хотя p-value = 16.6%, не так уж сильно отличается от теоретического p = 1/8 = 12.5% - формула для перевода веса выравнивания в биты даёт погрешность, но всё же достаточно точная (особенно, если учитывать то, что p-value позволяет дать лишь приблизительную оценку гомологичности белков, и часто важен только порядок его значения).

Методы:

Последовательности были перемешаны программой shuffleseq. Локальное выравнивание исходной последовательности с перемешанными осуществлялось программой water с параметрами по умолчанию. Сортированный список весов выравниваний со случайными последовательностями составлялся конвейером grep "Score" [input_alignments.fasta] | sed -r "s/[^.0-9]//g" | sort -g > [score_list.scores]. Нужные веса извлекались из списка программой sed по номеру строки. Все промежуточные файлы лежат в директории ~stepan_puhov/term2/block3/pr10.

BLAST: поиск гомологов в банке

2 белка из банка Swiss_Prot, наиболее сходных с предположительной аминометилтрансферазой Pseudomonas putida strain ATCC 47054 (Name: Putative Aminomethyltransferase; UniProt AC: Q88LI8):

Name Aminomethyltransferase

UniProt ID GCST_CALS4

UniProt AC Q8RCV9

Организм Caldanaerobacter subterraneus subsp. tengcongensis strain DSM 15242 (Thermoanaerobacter tengcongensis)

Характеристики выравнивания с белком P. putida:

Query Length^* Subject Length^* Score Score in bits Expect % Identity % Positives Gaps Query Coverage^*

392 331 228 92.4 bits 2e-19 24% 40% 88 92%

Name	Aminomethyltransferase
UniProt ID	GCST_THEP3
UniProt AC	B0KD95
Организм	Thermoanaerobacter pseudethanolicus strain ATCC 33223 (Clostridium thermohydrosulfuricum)

Характеристики выравнивания с белком P. putida:

Query Length^*	Subject Length^*	Score	Score in bits	Expect	% Identity	% Positives	Gaps	Query Coverage^*
393	333	219	89.0 bits	3e-18	23%	42%	88	92%

*Query - исходный белок, Subject - находка, предполагаемый гомолог исходного белка

Замечание:

Исходный белок (Query) принадлежит Pseudomonas putida, относящейся к классу Gammaproteobacteria отдела Proteobacteria группы дидермных ("грамотрицательных") бактерий. Однако среди представленных 50 находок первые 36 являются аминометилтрансферазами монодермных ("грамположительных") бактерий (в основном отдел Firmicutes, реже отдел Thermotogae и отдел Actinobacteria), почти для всех этих находок процент идентичности около 22% и довольно большое покрытие исходного белка - около 93%. Только с 37-находки начинают появляться аминометилтрансферазы дидермных бактерий (в основном отделы Cyanobacteria и Proteobacteria, а также отдел Spirochaetea), также присутствуют регуляторная суб'единица митохондриальной фосфатазы пируват дегидрогеназы 3 видов позвоночных (предки митохондрий относятся к классу Alphaproteobacteria отдела Proteobacteria), тем не менее хотя процент идентичности этих находок даже несколько больше, покрытие исходного белка значительно уменьшается: менее 73%, в среднем около 55-60%, E-value также больше такового для белков монодермных бактерий, начиная с 9e-08 и достигает значений порядка единиц. Можно предположить, что фермент псевдомонады имеет больше гомолгичных доменов с аминометилтрансферазами монодермных бактерий, чем с ферментами протеобактерий, и, возможно, был получен от монодермных бактерий путём горизонтального переноса генов.

Главная страница

2018