Комплексы ДНК-белок

В этом практикуме необходимо было изучить и предсказать вторичную структуру РНК, а также исследовать ДНК-белковые взаимодействия.

Предсказание вторичной структуры заданной тРНК

В этой части практикума мы использовали несколько различных алгоритмов предсказания вторичной структуры РНК, а затем сравнивали их с реальной вторичной структурой РНК и смотрели, насколько предсказания сходятся с реальностью. Сначала мы воспользовались программой einverted - хорошего результата программа не дала даже при нулевом пороге Expected threshold, выдала всего один участок, приведённый ниже: 

yablinkubovich@kodomo:~/public_html/term3/pr3$ cat emboss_001.inv

EMBOSS_001: Score 15: 5/5 (100%) matches, 0 gaps
       3 cccca 7
         |||||
      69 ggggt 65

Затем вторичная структура РНК была предсказана по алгоритму Зукера (картинка полученного предсказания ниже, выдача программы - тоже): 

yablinkubovich@kodomo:~/public_html/term3/pr3$ cat 1N78.fasta | RNAfold --MEA
>1N78_1|Chains
GGCCCCAUCGUCUAGCGGUUAGGACGCGGCCCUCUCAAGGCCGAAACGGGGGUUCGAUUCCCCCUGGGGUCACCA
(((((((.(((((........)))))(((((.......)))))....(((((.......)))))))))))).... (-35.80)
(((((((.(((((........)))))(((((.......)))))....(((((.......)))))))))))).... [-36.21]
(((((((.(((((........)))))(((((.......)))))....(((((.......)))))))))))).... {-35.80 d=1.57}
(((((((.(((((........)))))(((((.......)))))....(((((.......)))))))))))).... {-35.80 MEA=72.59}
 frequency of mfe structure in ensemble 0.511871; ensemble diversity 2.92
РНК-структура
Рис.1 Визуализация РНК-структуры.

Исходя из полученных данных, мы сделали таблицу, сравнивающую результаты анализа с помощью программ find_pair, einverted и RNAFold.

Таблица 1 Структура РНК 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'
5'-66-72-3'
Всего 7 пар		 предсказано 5 пар из 7 реальных предсказано 7 пар из 7 реальных
D-стебель 5'-10-13-3'
5'-22-25-3'
Всего 4 пары		 предсказано 0 пар из 4 реальных предсказано 4 пары из 4 реальных
T-стебель 5'-48-52-3'
5'-60-64-3'
Всего 5 пар		 предсказано 0 пар из 5 реальных предсказано 5 пар из 5 реальных
Антикодоновый стебель 5'-38-44-3'
5'-26-32-3'
Всего 7 пар (из них 2 неканонических взаимодействия, я решил включить их в описание стебля)		 предсказано 0 пар из 7 реальных предсказано 5 пар из 7 реальных
Общее число канонических пар нуклеотидов 23 5 21

По таблице видно, что алгоритм Зукера намного точнее предсказывает структуру РНК, чем программа einverted, однако он не учитывает неканонические взаимодействия азотистых оснований, что приводит к небольшим отклонениям модели от реальной структуры.

Поиск ДНК-белковых контактов в заданной структуре

Для нахождения контактов ДНК с белком был написан скрипт, который можно посмотреть здесь.

Таблица 2. Контакты разного типа в комплексе 1i3j.pdb.
Контакты атомов белка с Полярные Неполярные Всего
остатками 2'-дезоксирибозы 12 21 33
остатками фосфорной кислоты 21 90 111
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки 1 16 17
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки 9 25 34

Как можно видеть, неполярных контактов больше, чем полярных во всех категориях. Больше всего контактов атомов углерода и серы с остатками фосфорной кислоты (их 90), очень мало контактов с остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки, что может быть объяснено труднодоступностью данного места (или я не знаю).

Файл pdb был переведён в старый формат, чтобы на его основе сделать карту ДНК-белковых взаимодействий с помощью утилиты nucplot. Результаты можно видеть на картинках, представленных ниже.

ДНК-белковые взаимодействия ДНК-белковые взаимодействия ДНК-белковые взаимодействия
Рис.2,3,4. Визуализация ДНК-белковых контактов.

Больше всего контактов образуют серин 176 (с цитозином 47 и с остатком дезоксирибозы 48 нуклеотида в цепи С ДНК), пролин 199 (nonbonded contact с цитозином 13 и остатками дезоксирибозы следующего нуклеотида), а также аспарагин 175 ( по 2 странных взаимодействия с фосфатами 7 и 8 нуклеотида в цепи B ДНК).

Серин 175 и аспарагин 176
Пролин 199
Рис.5,6. Серин, аспарагин, пролин в окружении ДНК.

Мне кажется, что важность аминокислотного остатка и количество его взаимодействий с ДНК должны каким-то образом коррелировать, поэтому выберу серин 175 и аспарагин 176 в качестве важных для опознавания последовательности остатков (связывают 2 последовательных нуклеотида и взаимодействуют прямо с азотистым основанием).