Функциональная роль гена в подсистеме

Функциональная система

Для белка Q92IN6 из Rickettsia conorii было определено, что он:

Кодируется геном trbG
Является ферментом EC:2.3.1.129
Имеет название - Probable conjugal transfer protein trbG

Осуществляемая ферментативная реакция:

В БД GO был найдено, что белок участвует в метаболизме и является ацил-трансферазой (таблица 1).

Термин GO	Расшифровка термина	Код GO	Функция/процесс/локализация
P	Биологический процесс	GO:0008152	Метаболизм (metabolic process)
F	Функция	GO:0016740	Трансферазная активность
F	Функция	GO:0016746	Перенос ацильных групп
F	Функция	GO:0008780	acyl-[acyl-carrier-protein]-UDP-N-acetylglucosamine O-acyltransferase activity

Из описания белка в InterPro следует, что этот белок входим в IV cистему секреции, "приспособленную к коньюгации". С помощью этой системы многие патогенные Грам-отрицательные бактерии доставляют в клетку жертвы ДНК, белки, и др. Система состоит из мембранного комплекса, загружающего эффекторные молекулы в связывающий клетки канал, котрый заканчивается структурой, как у половых пилей, необходимой для связывания с клеткой-мишенью. Подобная система описана для Bordetella pertussis, Legionella pneumophila, Brucella spp., Helicobacter pylori, Agrobacterium tumefaciens. Ультраструктура мембранного комплекса не установлена. Он состоит из белков VirB (VirB9 - ближайший описанный гомолог белка Q92IN6, см. далее), которые разделяются на 3 функциональные группы -

Формируют пили или другие структуры для прикрепления к клетки-мишени
Компоненты канала
Мембранные и цитоплазматические АТФазы

Полное описание InterPro

Из БД KEGG было получено изображение структуры комплекса, осуществляющего секрецию (Рис. 1). Судя по описанию и изображению, белок Q92IN6 является прекурсором белка, входящего в состам мембранного комплекса, осуществляющего загрузку эффекторных молекул в транспортный канал.

Рис. 1. Структуры секреторных комплексов разных систем. IV система секреции выделена зеленой рамкой. Белок VirB9 выделен оранжевой рамкой.

Для более точного определения системы был найден ближайший гомолог белка при помощи blastp (SW) (E-value=3e-29; Identities=31%): Q6FYW2 - белок virB9 из IV системы секреции из Bartonella quintana (описание белка - таблица 2).

Термин GO	Расшифровка термина	Код GO	Функция/процесс/локализация
P	Биологический процесс	GO:0006810	Транспорт
P	Биологический процесс	GO:0009405	Патогенность
C	Клеточная локализация	GO:0042597	Периплазматическое пространство

После внимательного прочтения аннотации белка было выяснено, что регион, к которому относится ген этого белка, называется VirB9_CagX_TrbG и по описанию является VirB9/CagX/TrbG компонентом комплекса IV типа секреции.
Все полученные данные позволяют сделать вывод о том, что белок Q92IN6 входит в состав мембранного комплекса IV системы секреции.

Колокализация генов

В базе данных SEED при помощи blastр против геномов были найдены 10 ортологов белка Q92IN6 (Выравнивание). Геномы отбирались так, чтобы организмы были из разных родов, и общая архитектура региона максимально различалась. Для выбранных геномов были проанализированы генный состав окрестностей генов гомологов Q92IN6 (Рис. 2).

Рис. 2. Окрестности генов гомологов Q92IN6. Участок 30000 п.о. Ген гомологов Q92IN6 имеет номер 1 и красный цвет.

Для всех отобранных геномов была составлена таблица генов из окрестности Q92IN6 (Таблица 3, лист Input).
Далее, была создана сводная таблица, отражающая генный состав интересующего региона (Таблица 3, лист Сводная таблица).
Таким образом были определены самые часто встречающиеся гены, а значит,- вероятнее всего колокализованные функционально (Таблица 3, лист Результаты). Как и ожидалось, это гены белков VirD4, VirB4, VirB9, VirB10, VirB11, которые входят в состав комплекса системы секреции IV.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что гены, кодирующие белки, участвующие в одном процессе, чаще всего колокализованы вместе. Такая особенность может быть связана с регуляции экспрессии генов. Самый простой случай - гены объединены в оперон и транскрибируются вместе. Тогда они обязательно сонаправлены. Но в нашем случае, гены могут быть как сонаправлены, так и противонаправлены (Рис. 2). Это можно объяснить тем, что колокализованные гены образуют регулон - т.е. участок, который регулируется одновременно некими регуляторными элементами - энхансерами, сайленсерами и экспрессия внутри которого идет равномерно по всем генам (вернее, в нужных соотношениях). Регулоны эффективны при грубой регуляции экспресии. То есть, если некая система сейчас не нужна клетке, то гораздо проще подавить экспрессию некого региона, содержащего все гены системы при помощи одного сайленсера, чем выключать рассеянные по геному гены по одиночке. Аналогичная ситуация складывется, если система клетке в какой-то момент понадобилась.