Структура РНК. Комплексы ДНК-белок


1. Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

Вторичная структура тРНК(G) из Thermus thermophilus (PDB ID 1n78) была смоделирована двумя способами: поиском инвертированных повторов при помощи программы einverted из пакета EMBOSS и алгоритмом Зукера при помощи программы RNAfold из пакета Viena Rna Package.


Программа einverted с параметрами по умолчанию не находит ни одного участка, при снижении параметра threshold находится всего один.

Результаты работы RNAfold похожи на реальную структуру, см изображение.

Сравнение результатов с анализом экспериментальной структуры приведены в таблице ниже.

Структура по RNAfold
Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла 1n78.pdb
Участок структуры Позиции в структуре (по результатам find_pair) Результаты предсказания с помощью einverted Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель 5'-1-7-3'

3'-65-71-5'

7 пар (6 канон)		 5 7
D-стебель 5'-10-13-3'

3'-25-22-5'

4 пары		 0 5
T-стебель 5'-48-52-3'

3'-64-60-5'

5 пар		 0 5
Антикодоновый стебель 5'-38-44-3'

3'-32-26-5'

7 пар (6 канон)		 0 5
Общее число канонических пар нуклеотидов 21 пара 5 пар 22 пары

2. Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Исследовалась структура интронной эндонуклеазы I-TEVI в комплексе с её субстратом (PDB ID 1i3j.

Скрипт для JMol, выделяющий множества атомов:

  • множество атомов кислорода 2'-дезоксирибозы (set1)
  • множество атомов кислорода в остатке фосфорной кислоты (set2)
  • множество атомов азота в азотистых основаниях (set3)

Скрипт для JMol, показывающий изображение всей структуры, только ДНК в проволочной модели, той же модели, но с выделенными шариками множеством атомов set1, затем set2 и set3.

Для описания ДНК-белковых контактов в структуре был создан ещё один cкрипт, определяющий необходимые группы атомов (по полярности и положению), последовательно их изображающий и далее считающий количество контактов - расположения полярных атомов ДНК и белка на расстоянии меньше меньше 3.5Å или неполяных на расстоянии меньше меньше 4.5Å. Результаты приведены в таблице:

Контакты разного типа в комплексе 1i3j.pdb
Контакты атомов белка с Полярные Неполярные Всего
остатками 2'-дезоксирибозы 12 70 82
остатками фосфорной кислоты 21 27 48
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки 0 16 16
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки 9 10 19

С азотистыми основаниями со стороны малой бороздки белок контактирует более-менее по всей длине, полярных и неполярных приблизительно поровну, в то время как со стороны большой бороздки только на небольшом участке 225-231, и все контакты неполяные. Контактов с сахарофосфатным остовом значительно больше, чем с азотистыми основаниями.


Также была получена схема ДНК-белковых контактов при помощи программы nucplot.

Контакты по nucplot

Большая часть контактирующих аминоксилот встречаются по одному разу, некоторые - по два:

  • Arg168(A)
  • Ser176(A)
  • Asn175(А)
  • Lys197(А)
  • Met194(А)
  • Pro199(А)
  • Lys203(А)

Ни одна аминокислота не образует три контакта.

В основном, контакты образуются с атомами остова, но для распознавания последовательности важны контакты с азотистым основанием.

Водородные связи

  • His182(A)
  • Ser176(A)*
  • Arg170(A)

Другие взаимодействия

  • Met194(А)*
  • Arg168(A)*
  • Pro199(A)*

Можно было бы подумать, что контакт с Ser176 важен для распознавания последовательности, поскольку данная аминокислота образует сразу две связи. Но обе связи образуются одним и тем же атомом в разных положениях, что наоборот снижает точность распознавания. Поэтому в качестве аминокислоты, важной для распознавания последовательности приведён Arg170.

В качестве второй аминокислоты для визуализации выбран Lys203, образующий водородные связи с кислородами двух последовательных фосфатных мостиков.

Ser176
Arg170
Lys203