Трансмембранные белки
OPM
В качестве белка с альфа-спиральными трансмембранными участками был выбран белок Q8VQK4 - пермеаза предполагаемой пептидной транспортной системы бактерии Brucella abortus biovar 1 (strain 9-941). Предполагается, что белок является частью ABC транспортерного комплекса и участвует в переносе пептидов через мембрану. Из записи в Uniprot была получена последовательность и предсказание трехмерной структуры белка.
В качестве белка, трансмембранный участок которого представлен бетта-листами, мною был выбран белок адгезин/инвазин наружней мембраны OpcA грамотрицательной бактерии Neisseria meningitidis. Белок участвует в процессах адгезии и проникновения бактерии в эпителиальные и эндотелиальные клетки. Информация о белке, полученная из OPM представленна в таблице 1. С помощью программы Jmol Мною было получено изображение белка относительно наружней мембраны бактерии(рис.1).
| Толщина гидрофобной части белка в мембране: | 25.4 Å |
| Координаты трансмембранных участков: | 6 трансмембранных участков: 1(9-17), 2(33-42), 3(49-57), 4(89-98), 5(108-117), 6(136-147), 7(153-165), 8(189-199), 9(206-215), 10(244-252) |
| Среднее количество остатков в одном β-тяже белка: | |
| Локализация белка: | Наружная мембрана грамотрицательной бактерии |
Рис.1. Трехмерная структура инвазина. Красной линией обозначена наружная мембрана клетки, синей - наружная граница периплазматического пространства.
DeepTMHMM
Для предсказания были взяты два вышеописанных белка. На графической выдаче программы по горизонтали откладываются номера остатков, по вертикали - вероятность их нахождения на предсказанном месте (или вероятность того, что данная часть белка - сигнальная последовательность). Красным цветом на выдаче обозначаются трансмембранные участки, розовым - участки, лежащие внутри мембраны, а синим - снаружи. Зеленым цветом указываются участки, лежащие в периплазме, а оранжевым отмечаются сигнальные последовательности.
Первой была проанализирована пермеаза. Предсказание сервиса совпадает с данными в записи UniProt для этого белка: 6 трансмембранных участков. Длинны и координаты всех трансмембранных участков почти полностью совпадают с данными в записи, с разбросом 5 и менее остатков (рис.2).
Рис.2. Графическое предсказание положения пермеазы в мембране.
Предсказание для инвазина немного отличается. Несмотря на то, что сервис предсказал 10 трансмембраанных участков, координаты только 5 из них совпадают, в остальных случаях предсказанные трансмембранные интервалы и интервалы в записи OPM даже не пересекаются (или пересекаются на менее чем 5 остатков) (рис.3).
Рис.3. Графическое предсказание положения инвазина в мембране.
PPM
Для предсказания положения в мембране был взят описанный выше белок - пермеаза. Кроме того, для анализа были выбраны следующие параметры: 1) number of membranes: 1; 2) type of membrane: Gram-negative bacteria outer membrane (взял из записи UniProt); 3)Allow curvate: no; 4) Topology (N-ter): in (опирался на предсказание DeepTMHMM); 5) PDB-entry: 1k24; 6) Include heteroatoms: no (согласно записи UniProt).
Рис.4. Графическое предсказание положения пермеазы в мембране согласно предсказанию PPM.
| Толщина гидрофобной части белка в мембране: | 30.5 ± 1.4 Å |
| Угол изгиба: | 20 ± 1° |
| Трансмембранные участки: | 1(3-29), 2(94-117), 3(131-156), 4(177-200), 5(238-261), 6(281-307) |
| Среднее количество остатков трансмембранного сегмента: | 20 |
Сравнение полученых предсказаний
Предсказания трансмембранных участков для инвазина программами DeepTMHMM и PPM очень похожи. Обе программы нашли 6 трансмембранных участков для белка, координаты которых отличаются на 5 и менее остатков.
Более стого, оба полученных предсказания соответствуют зданным в записи UniProt и отличаются от указанных там трансмембранных участков не более чем на 5 аминокислот. При этом качество предсказания для моего белка преимущественно очень хорошее (вероятность >90%), местами - хорошее (вероятность 70-90%), и только положение 6 остатков с C-конца белка предсказанно с низкой вероятностью.
Полагаю, что достоверность модели может влиять на качество предсказания PMM, ткак как в мембрану обычно погружены структурированные учатски полипептида (альфа-спирали, бетта-слои), и чем точнее они смоделированы, тем правдивее будут предсказываться трансмембранные участки.