Занятие 9. Исследование белок-нуклеиновых контактов

Задача — исследовать контакты между белком и нуклеиновой кислотой.

Получение файлов со структурами.

Заданный файл PDB(1tup) был скачан с сайта PDB. В структуре имеется двухцепочечная молекула ДНК (по 21 нуклеотид в каждой цепи) в комплексе с белком P53.

Исследование контактов между молекулами белка и нуклеиновой кислоты

Таблица. Контакты разного типа в комплексе TUMOR SUPPRESSOR(подавляющий опухоль) P53 с ДНК

	Полярные	Гидрофобные	Всего
Контакты белка с ...
... остатками 2'-дезоксирибозы	2	8	10
... остатками фосфорной кислоты	7	0	7
... остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	3	6	9
... остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	0	0	0

Как видно, большая часть контактов белка и ДНК - гидрофобные, причем преимущественно с остатками дезоксирибозы. Однако остатки дезоксирибозы образуют также водородные связи с полипептидной цепью. Но наиболее важную роль в образовании водородных связей играют остатки фосфорной кислоты.
Остатки азотистых оснований малой бороздки, в отличие от большой, контактов с белком не образуют. Остатки азотистых оснований со стороны большой бороздки, в свою очередь, играют немаловажную роль в формированиии комплекса белка с ДНК, как за счет полярных, так и за счет гидрофобных взаимодействий.

Скрипт файл для работы в Rasmol script.spt.

Поиск специфических контактов, обеспечивающих узнавание сайта в молекуле ДНК.

Одним из наиболее интересных, на мой взгляд, контактов белка и ДНК, является контакт между аминокислотным остатком лизина 120 цепи В и остатками гуанина со стороны большой бороздки под номерами 1108 и 1109. Скорей всего здесь имеет место электростатическое взаимодействие, поскольку атом азота лизина находится на достаточно близком растоянии сразу от 3-х полярных атомов гуанинов (два из них - кислороды, один-азот). Ниже приведены иллюстрации этого контакта.
 

 

 

 

Описание функций исследованного белка

Было найдено описание заданного белка в UniProt и описание соответствующего ДНК-связывающего домена в Pfam. Функцией белка является подавление разного типа опухолей. Он включен в регуляцию клеточного цикла - контролирует экспрессию набора генов, необходимых для деления клетки.
Ниже приведено соответствующее выравнивание ДНК-связывающих доменов белков семейства p53 из разных организмов в формате MSF.

P53   MSF: 7  Type: P  Sat Nov 10 20:53:41 2007  Check: 00 ..

 Name: P53_ONCMY/83-278      Len:    198  Check:  10  Weight:  1.00
 Name: P53_BRARE/63-257      Len:    198  Check:  10  Weight:  1.00
 Name: P53_HUMAN/95-289      Len:    198  Check:  10  Weight:  1.00
 Name: P53_XENLA/69-264      Len:    198  Check:  10  Weight:  1.00
 Name: P53_ORYLA/80-270      Len:    198  Check:  10  Weight:  1.00
 Name: P73_HUMAN/113-309     Len:    198  Check:  10  Weight:  1.00
 Name: Q27937_LOLFO/120-314  Len:    198  Check:  10  Weight:  1.00

//
       P53_ONCMY/83-278  STVPTTSDYP GALGFQLRFL Q.SSTAKSVT CTYSPDLNKL FCQLAKTCPV 
       P53_BRARE/63-257  STVPETSDYP GDHGFRLRFP Q.SGTAKSVT CTYSPDLNKL FCQLAKTCPV 
       P53_HUMAN/95-289  SSVPSQKTYQ GSYGFRLGFL H.SGTAKSVT CTYSPALNKM FCQLAKTCPV 
       P53_XENLA/69-264  CAVPSTDDYA GKYGLQLDFQ Q.NGTAKSVT CTYSPELNKL FCQLAKTCPL 
       P53_ORYLA/80-270  TTVPVTTDYP GSYELELRFQ K.SGTAKSVT STYSETLNKL YCQLAKTSPI 
      P73_HUMAN/113-309  PVIPSNTDYP GPHHFEVTFQ Q.SSTAKSAT WTYSPLLKKL YCQIAKTCPI 
   Q27937_LOLFO/120-314  PSVPSNIKYP GEYVFEMSFA QPSKETKSTT WTYSEKLDKL YVRMATTCPV 


       P53_ONCMY/83-278  QIVVDHPPPP GAVVRALAIY KKLSDVADVV RRCPHHQSTS ENNEG.PAPR 
       P53_BRARE/63-257  QMVVDVAPPQ GSVVRATAIY KKSEHVAEVV RRCPHHERTP DGDN..LAPA 
       P53_HUMAN/95-289  QLWVDSTPPP GTRVRAMAIY KQSQHMTEVV RRCPHHERCS D.SDG.LAPP 
       P53_XENLA/69-264  LVRVESPPPR GSILRATAVY KKSEHVAEVV KRCPHHERSV EPGED.AAPP 
       P53_ORYLA/80-270  EVRVSKEPPK GAILRATAVY KKTEHVADVV RRCPHHQNED S.....VEHR 
      P73_HUMAN/113-309  QIKVSTPPPP GTAIRAMPVY KKAEHVTDVV KRCPNHELGR DFNEGQSAPA 
   Q27937_LOLFO/120-314  RFKTARPPPS GCQIRAMPIY MKPEHVQEVV KRCPNHATAK EHNEK.HPAP 


       P53_ONCMY/83-278  GHLVRVEGNQ RSEYMEDGNT LRHSVLVPYE PPQVGSECTT VLYNFMCNSS 
       P53_BRARE/63-257  GHLIRVEGNQ RANYREDNIT LRHSVFVPYE APQLGAEWTT VLLNYMCNSS 
       P53_HUMAN/95-289  QHLIRVEGNL RVEYLDDRNT FRHSVVVPYE PPEVGSDCTT IHYNYMCNSS 
       P53_XENLA/69-264  SHLMRVEGNL QAYYMEDVNS GRHSVCVPYE GPQVGTECTT VLYNYMCNSS 
       P53_ORYLA/80-270  SHLIRVEGSQ LAQYFEDPYT KRQSVTVPYE PPQPGSEMTT ILLSYMCNSS 
      P73_HUMAN/113-309  SHLIRVEGNN LSQYVDDPVT GRQSVVVPYE PPQVGTEFTT ILYNFMCNSS 
   Q27937_LOLFO/120-314  LHIVRCEHK. LAKYHEDKYS GRQSVLIPHE MPQAGSEWVV NLYQFMCLGS 


       P53_ONCMY/83-278  CMGGMNRRPI LTIITLETQE GQLLGRRSFE VRVCACPGRD RKTEEINL 
       P53_BRARE/63-257  CMGGMNRRPI LTIITLETQE GQLLGRRSFE VRVCACPGRD RKTEESNF 
       P53_HUMAN/95-289  CMGGMNRRPI LTIITLEDSS GNLLGRNSFE VRVCACPGRD RRTEEENL 
       P53_XENLA/69-264  CMGGMNRRPI LTIITLETPQ GLLLGRRCFE VRVCACPGRD RRTEEDNY 
       P53_ORYLA/80-270  CMGGMNRRPI LTILTLET.E GLVLGRRCFE VRICACPGRD RKTEEESR 
      P73_HUMAN/113-309  CVGGMNRRPI LIIITLEMRD GQVLGRRSFE GRICACPGRD RKADEDHY 
   Q27937_LOLFO/120-314  CVGGPNRRPI QLVFTLEK.D NQVLGRRAVE VRICACPGRD RKADEKAS 


Как видно, остаток лизина № 120, выбранный для выполнения 3-го задания, является абсолютно консервативным, что еще раз подтверждает его важную роль в формировании комплекса ДНК с белком. Возможно, именно этот остаток обеспечивает узнавание белком молекулы ДНК.


Построение схемы контактов белка с ДНК

Программа nucplot, визуализировала контакты между ДНК и белком. Схема контактов представлена в формате Postscript (ps), впоследствии переведенным в pdf.
Что касается нахождения водородных связей между атомами кислорода остатка фосфорной кислоты и а/к остатками, а также между атомами азота и кислорода остатков азотистых оснований и а/к остатками, программа выдала результат близкий к полученному при выполнении упражнения 1. Найдено 10 водородных связей.
Однако nucplot не нашла полярных контактов белка с 2'-дезоксирибозой. Также в выдаче программы нет информации о гидрофобных взаимодействиях, что в принципе можно объяснить тем, что хоть их имеется и большое количество, но вклад в стабилизацию структуры они привносят куда меньший и, скорей всего, являются менее специфическими, нежели водородные связи.