Отчет по практикуму 3. Комплексы ДНК-белок.

На этой странице выложен отчет по практикуму 3. Комплексы ДНК-белок.

Задание 1. Предсказание вторичной структуры заданной тРНК.

Для получения предсказания структуры тРНК была запущена программа einverted из пакета EMBOSS:

 
einverted trna.fasta

При запуске программы с параметрами по умолчанию в выходные файлы s.inv и s.fasta ничего не было записано. После понижения значения параметра minimum score threshold до 40 в файлы ничего не было записано. После понижения значения параметра minimum score threshold до 40 в файлы ничего не было записано. После понижения значения параметра minimum score threshold до 20 в файлы f.inv и f.fasta была записана информация, но ее оказалось очень мало. Для того, чтобы увеличить количество данных, записываемых в файлы, были смягчены критерии, по которым программа отбрасывает информацию. Чтобы score threshold был больше был увеличен Match score(с 3 до 5), снижен по модулю Mismatch score(с -4 до -1) и снижен Gap penalty(с 12 до 5). Команда einverted trna.fasta была запущена со следующими параметрами:

Find inverted repeats in nucleotide sequences
Gap penalty [12]: 5
Minimum score threshold [50]: 20
Match score [3]: 5
Mismatch score [-4]: -1
Sanger Centre program inverted output file [sequence.inv]: t.inv
File for sequence of regions of inverted repeats. [sequence.fasta]: t.fasta

В результате были получены файлы:t.inv и t.fasta. В начале были введены следующие команды, что бы указать путь к RnaFold:

tsvetcovroman@kodomo:~/public_html/term3/block1/pr3$ export PATH=${PATH}:/home/pre

Затем была запущена программа RnaFold:

 cat trna.fasta | RNAfold --MEA > rna_fold.fasta

Выходной файл:rna_fold.fasta, в котором первую строчку представляет собой последовательность, а следующие строчки — предсказанная структура MFE. Квадратными совпадающими скобками обозначена связь пары оснований, и далее указана свободная энергия в ккал/моль. Точка в обозначает нуклеотид, не образующий пару. Кроме того с помощью той же программы были получены файлы 5HC9:C|PDBID|CHAIN|SEQUENCE_dp.ps, 5HC9:C|PDBID|CHAIN|SEQUENCE_ss.ps, 5HC9:D|PDBID|CHAIN|SEQUENCE_dp.ps и 5HC9:D|PDBID|CHAIN|SEQUENCE_ss.ps, которые затем были конвертированы в формат jpeg и представлены на рис. 1,2, 3 и 4 соответственно. Сравнение результатов с выдачей программы find_pair представлены в табл. 1.

Рис. 1. Картинки, выданные rna_fold.

Участок структуры	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5' ----------------> 3' 1 (0.001) ....>C:...1_:[..G]G-----C[..C]:..72_:C<.... (0.003) \| 2 (0.002) ....>C:...2_:[..G]G-----C[..C]:..71_:C<.... (0.001) \| 3 (0.001) ....>C:...3_:[..C]C-----G[..G]:..70_:C<.... (0.002) \| 5 (0.002) ....>C:...5_:[..A]A-----U[..U]:..68_:C<.... (0.001) \| 6 (0.003) ....>C:...6_:[..G]G-----C[..C]:..67_:C<.... (0.002) \| 7 (0.001) ....>C:...7_:[..G]G-----C[..C]:..66_:C<.... (0.002) \| Всего 7 пар	0 верных пар	7
D-стебель	8 (0.003) ....>C:..49_:[..G]G-----C[..C]:..65_:C<.... (0.003) 9 (0.001) ....>C:..50_:[..G]G-----C[..C]:..64_:C<.... (0.001) 10 (0.002) ....>C:..51_:[..C]C-*---G[..G]:..63_:C<.... (0.001) 11 (0.005) ....>C:..52_:[..G]G-----C[..C]:..62_:C<.... (0.002) 12 (0.002) ....>C:..53_:[..G]G-----C[..C]:..61_:C<.... (0.002) Всего 5 пар	0 верных пар	4
T-стебель	15 (0.002) ....>C:..38_:[..A]A-*--C[..C]:..32_:C<.... (0.002) \| 16 (0.003) ....>C:..39_:[..U]U----A[..A]:..31_:C<.... (0.001) \| 17 (0.002) ....>C:..40_:[..C]C-----G[..G]:..30_:C<.... (0.001) \| 18 (0.002) ....>C:..41_:[..C]C-----G[..G]:..29_:C<.... (0.001) \| 19 (0.004) ....>C:..42_:[..A]A-----U[..U]:..28_:C<.... (0.002) \| 20 (0.002) ....>C:..43_:[..G]G---C[..C]:..27_:C<.... (0.002) \| 21 (0.002) ....>C:..44_:[..G]G---A[..A]:..26_:C<.... (0.002) \| Всего 7 пар	0 верных пар	4
Антикодоновый стебель	22 (0.004) ....>C:..10_:[..G]G-----C[..C]:..25_:C<.... (0.002) \| 23 (0.002) ....>C:..11_:[..C]C-----G[..G]:..24_:C<.... (0.004) \| 24 (0.003) ....>C:..12_:[..U]U-----A[..A]:..23_:C<.... (0.005) \| 25 (0.003) ....>C:..13_:[..C]C-----G[..G]:..22_:C<.... (0.003) \| 26 (0.003) ....>C:..14_:[..A]A---U[..U]:...8_:C<.... (0.001) \| 27 (0.002) ....>C:..15_:[..G]G-+-C[..C]:..48_:C<.... (0.001) x 28 (0.002) ....>C:..19_:[..G]G-----C[..C]:..56_:C<.... (0.003) + Всего 7 пар	0 верных пар	5
Общее число канонических пар нуклеотидов	26 пар	0 верных пар	20 верных пар

Таблица 1. Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла XXXX.pdb.
Можно заметить, что из всех программ лучше всего находит водородные связи между нуклеотидами find_pair, а хуже всех — einverted. Программа RNAfold тоже достаточно хорошо справляется с поставленной задачей, но все-таки результаты ее работы нужно проверять. Зато можно сразу получить примерную структуру тРНК в плоскости, что, конечно, помогает легче ее анализировать.

Задание 2. Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре.

Упражнение 1.

Кнопка RNAStart запускает скрипт RNA.spt.

Упражнение 2.

Для поисков ДНК-белковых контактов был написан скрипт a.spt. Будем считать полярными атомы кислорода и азота, а неполярными атомы углерода, фосфора и серы. Полярным контактом называется ситуация, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5 ангстрем. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5 ангстрем.

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
Остатками 2'-дезоксирибозы	11	27	38
Остатками фосфорной кислоты	10	11	21
Остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	10	33	43
Остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	8	17	25

Как видно из таблицы наибольшее число контактов с остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки, а наименьшее с остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки.Наибольшее число полярных контактов - с Остатками 2'-дезоксирибозы, наибольшее число неполярных - с Остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки.

Упражнение 3.

Для анализа ДНК-белкового комплекса и получения графического изображения результатов использовалась программа nucplot. Для работы с ней требовалось перевести файл [pdb] в старый формат с помощью remediator:

	remediator --pdb --old 5hc9.pdb > 5hc9_old.pdb

Использованная для запуска nucplot команда:

	nucplot 5hc9_old.pdb

На выходе получали файл-изображение nucplot.ps, который для удобства нужно было конвертировать в [png]-формат:

	convert PS:nucplot.ps PNG:nucplot.png

Выдачей программы convert послужили 15 файлов: nucplot-0.png, ..., nucplot-15.png. Они приведены на Рис.2.

Рис. 2. Популярная схема ДНК-белковых контактов, полученная с помощью программы nucplot.

Упражнение 4.

Как видно из Рис. 1 наибольшее число контактов с РНК образует аргинин. Наиболее важное ззначение для распознавания последовательности РНК играет Глутаминовая кислота, так как она с высокой степенью селективности связывается с уридином.

Рис. 2. Изображение контактов аргинина с РНК.

Рис. 3. Изображение контактов глутаминовой кислоты с РНК.