Трансмембранные белки

1. В базе данных во уровням классификации был найден человеческий белок Gasdermin-A3 (Gsdma3, газдермин A3, рис. 1)

• Тип: трансмембранный
• Класс: трансмембранный β-бочонок
• Суперсемейство: Gasdermin
• Семейство: Gasdermin
• Вид: Mus musculus*
• Местоположение в клетке: секретируемый белок

2. Для найденного белка определили некоторые параметры пространственной ориентации (приведены в табл.1)
Белок состоит из 27 идентичных суъединиц, в каждой из которых есть 25 остатков, образующих 4 β-листа. Номера остатков 4 β-листов для каждой из субъединиц следующие:

1. 88-93;
2. 100-106;
3. 171-176;
4. 184-189.

Таким образом, среднее количество остатков в одном β-листе равно 6.25.
Белок может встраиваться как в плазматическую мембрану клетки мыши, так и в мембрану бактерии. Встраиваясь, белок образует пору диаметра 10-15 нм и в случае мышиной клетки позволяет выйти интерлейкину-1 во внеклеточную среду и провоцирует пироптоз (программируемая клеточная смерть, зависимая от каспазы-1, ассоциированная с воспалением и заключающаяся в высвобождении содержимого клетки); в случае же бактериальной клетки он вызывает ее смерть.

* В базе данных OPM указано, что белок человеческий, однако, все ссылки ведут к описанию мышиного белка, поэтому предполагается, что в OPM в графе Species ошибочно указан Homo sapiens.

Таблица 1. Параметры пространственной ориентации белка в мембране и некоторые другие характеристики. Данные взяты из баз данных OPM и Uniprot.

Толщина гидрофобной части	24.2 Å
Угол между плоскостью мембраны и белком	0°
Энергия Гиббса переноса	-397.4 ккал/моль
PDB представление	6cb8
Ссылки на PDB	PDB Sum, PDB, MSD, MMDB
Топология	субъединица A (N-конец с внешней стороны мембраны)
Число трансмембранных вторичных структур	108
Мембраном	Нет
Uniprot ID	GSDA3_MOUSE
Uniprot AC	Q5Y4Y6; A2A4X5

Для выполнения этого задания были взяты два белка, β-листовой и α-спиральный. Данные о них приведены в табл.1 и табл. 2. соответственно.

Программа DeepTMHMM запускалась с помощью языка программирования Python 3.6.9 (скрипт).

Графическая выдача приведена на рис.2 и рис.3.
Текстовая выдача доступна по следующим ссылкам:

• α-спиральный белок
• β-листовой белок

Таблица 2. Описание α-спирального белка

Uniprot ID	YNDJ_BACSU
Uniprot AC	O31813
Символьное обозначение	yndJ
Полное название записи в Uniprot	Uncharacterized membrane protein YndJ (неописанный мембранный белок YndJ)
Организм	Bacillus subtilis (strain 168)

Для выполнения этого задания были использованы предсказание 3D-структуры выданного белка (его описание приведено в табл. 2) с помощью AlphaFold и сервис PPM 3.0.

Параметры запуска сервиса и его выдача приведены в табл. 3 и табл. 4 соответственно.

Модель и текстовая выдача доступны по следующим ссылкам:

• Модель (PDB-файл);
• Текстовая выдача (PDF-файл).

Предсказанная PPM 3D-структура белка показана на рис. 4.

Таблица 3. Параметры запуска PPM.

Число мембран	1
Allow curvature	Нет
Тип мембраны	Мембрана грамположительной бактерии
Топология	N-конец с внутренней стороны (по предсказанию DeepTMHMM, см. предыдущий пункт практикума)
Включить гетероатомы	Нет (в последовательности белка не обнаружено неканонических аминокислот)

Таблица 4. Выдача PPM.

Толщина гидрофобной части	30.7 ± 0.9 Å
Энергия Гиббса переноса	-80.2 ккал/моль
Угол между плоскостью мембраны и белком	13 ± 1°
Номера остатков в трансмембранных сегментах	3-24; 25-45; 56-81; 82-103; 110-134; 144-168; 176-197; 202-222; 233-255; 265-288.

1. Оба алгоритма предсказали 10 трансмембранных участков. Их координаты приведены в табл. 5.
Суммарное число несовпадений в предсказаниях трансмембранных участков: 50.

2. Модель, предсказанная AlphaFold и окрашенная в соответствии с качеством, приведена на рис. 5. Большая часть модели окрашена синим цветом, что означает высокое качество предсказания. β-листы и α-спирали обладают высоким качеством предсказания; участки, не обладающие вторичной структурой - более низким.

В легенде также есть сноска о том, что некоторые регионы с низким качеством предсказания могут быть неструктурированны в изоляции. Другими словами, в отсутствие взаимодействий, которые происходят в реальной клетке, участок белка принимает неструктурированный вид.

3. Влияние качества предсказания AlphaFold на предсказание PPM.
Поскольку модель AlphaFold имеет в целом довольно высокое качество, наличие регионов с низким pLDDT не должно существенно сказаться на предсказаниях PPM. Это утверждение подкрепляется тем, что регионы с низким качеством чаще всего не трансмембранные; лежащие же в мембране участки почти все имеют pLDDT > 90.

Таблица 5. Сравнение предсказаний DeepTMHMM и РРМ.

Трансмембранный сегмент	Номера остатков по предсказанию DeepTMHMM	Номера остатков по предсказанию PPM	Число несовпадений
1	4-19	3-24	6
2	26-46	25-45	2
3	60-77	56-81	8
4	82-100	82-103	3
5	115-130	110-134	9
6	147-167	144-168	4
7	178-196	176-197	3
8	204-222	202-222	2
9	237-252	233-255	7
10	271-288	265-288	6

Белки искались по AC, приведенным в табл. 1 и табл. 2. Для β-листового белка записи не нашлось ни по одному из приведенных АС; найденная запись для α-спирального белка приведена в табл. 6.
ТС-коды имеют вид V.W.X.Y.Z., где

• V (число): класс транспортера (белка)
• W (буква): подкласс транспортера (в случае активных транспортеров - источник энергии для переноса субстрата)
• X (число): семейство или суперсемейство, в которому принадлежит белок
• Y (число): подсемейство белка
• Z (число): тип субстрата/субстратов транспортера

Значение TC-кода выданного белка:

• 9: неполностью описанные транспортные системы
• .B: предположительно транспортные белки
• .227: семейство неописанных белков, имеющих 9 или 10 трансмембранных элементов (YndJ)
• .1.5: индивидуальный код данного белка

Таблица 6. Описание α-спирального белка в базе данных TCDB.

TC-код	9.B.227.1.5
Uniprot AC	O31813
Название белка	Неописанный мембранный белок YndJ
Длина белка	546
Молекулярный вес	62471.00
Вид	Bacillus subtilis (strain 168)
Число трансмембранных сегментов	10
Местоположение	Мембрана клетки
Топология	Пронизывает мембрану несколько раз (multi-pass membrane protein)