<<Второй семестр

Глобальное и локальное выравнивания аминокислотных последовательностей

Матрицы переходов

Глобальное выравнивание

Матрица переходов строилась для последовательностей SESL (первые 4 аминокислотных остатков белка FMT_ECOLI) и SWDSV (полученной из первой двумя произвольными заменами и вставкой одной аминокислоты); При построении матрицы использовались следующие параметры: цена совпадения аминокислот 2; цена замены -1; цена делеции -2; Вес оптимального пути равен 0;

Оптимальное глобальное выравнивание: X SE-SL | | Y SWDSV

Сдаётся мне, что биологический смысл таких манипуляций (приписывания одинокового веса всем совпадениям, всем заменам и всем делециям) весьма сомнителен, так как значимость той или иной мутации далеко не одинакова для разных аминокислот и зависит от того 1) аминокислота какого типа (из 20-и) меняется на какую аминокислоту (или на пробел); 2) какое место занимает данная аминокислота в последовательности данного конкретного белка (если меняется аминокислота в участке, не несущем большой функциональной нагрузки, то значимость такой замены невелика, если меняется ключевая аминокислота функционального центра - значимость огромна). Даже расположенные рядом аминокислотные остатки могут очень сильно различаться по значимости для формирования структуры белка и выполнения его функции. Может быть сильно различаются по значимости и первые четыре аминокислотных остатка FMT_ECOLI. Для решения этого вопроса было бы правильно покопаться с PDB-файлом, а ещё правильнее провести эксперименты с белками, содержащими мутации по каждому (отдельно) аминокислотному остатку, но впрочем это не имеет отношения к данному заданию.

Локальное выравнивание

Матрица переходов строилась для последовательностей SESLRIIFA (первые 9 аминокислотных остатков белка FMT_ECOLI) и ESIFA (аминокислоты 2, 3, 7, 8, 9 из того же белка); При построении матрицы использовались следующие параметры: цена совпадения аминокислот 2; цена замены -1; цена делеции -2; Вес оптимального пути 6;
Оптимальное локальное выравнивание: X SESLRIIFA || ||| Y ES IFA	Локальное выравнивание в принципе можно построить и по-другому, но тогда вес будет несколько меньше (4, 2, 1 или даже 0).

Влияние параметров на глобальное выравнивание

При построении глобального выравнивания программа NEEDLE из програмного пакета EMBOSS учитывает аффинную систему штрафов за делеции в выравниваемых последовательностях. Аффинная система штрафов подразумевает то, что за открытие гэпа и за его продолжение накладывается разный штраф.Это может быть полезно обосновано, так как вполне возможно, что в ряде случаев вероятность возникновения одной крупной делеции чем вероятность возникновения нескольких мелких в одном участке.

Но наверняка существуют случаи, не подходящие под эту модель.Предположим на маленьком участке последовательности располжен один очень важный аминокислотный остаток и несколько не очень важных. В таком случае поэтапная делеция менее значимых аминокислотных остатков более вероятна, чем полная делеция такого в целом значимого участка, которая может обернуться потерей функциональной активности белка.

А если вспомнить про ДНК, то получается ещё более сложная картина: там некоторые фосфодиэфирные связи уязвимее других, наприрмер в сайтах рестрикции. А палиндромы встречаются и вне сайтов рестрикции, например, последовательность CTGCAG кодирует идущие подряд лейцин и глутамин - может быть такие (или какие-нибудь совершенно другие) участки в origin'е более уязвимы для нуклеаз, чем остальная часть гена? Может быть в каких-то участках какого-нибудь гена есть несколько таких участков, идущих через малые промежутки; тогда такой ген может через небольшой эволюционный промежуток заполучить на небольшом своём участке несколько делеций?

Приведенное ниже выравнивание, построенное программой NEEDLE при стандартном параметре цены открытия и цене продолжения гэпа равной 1, отражает тот случай, когда нежелательны и очень длинные, и мелкие единичные делеции. Мы видим внутри выравнивания только одну — длиной в две аминокислоты. Абсолютно аналогичную картину можно увидеть при штрафе за открытие гэпа равном 5 и штрафе за продолжение равном 1.

Выравнивание строилось со следующими параметрами: Штраф за открытие делеции — 10; Штраф за продолжение делеции — 1.

Следующее выравнивание содержит большее число совпадений аминокислот. В нем система штафа за гэп сделана простой, т.е. открытие и продолжение делеции оценивается одинаково и при этом штраф гораздо меньше, чем в предыдущем выравнивании. При этом программа увеличивает число гэпов внутри последовательности, чтобы увеличить число совпадений аминокислот.

Выравнивание строилось со следующими параметрами: Штраф за открытие делеции — 1; Штраф за продолжение делеции — 1.

Сравнивая полученные выравнивания, можно заметить, что ни одно из них не оказалось объективным. Последовательность NEWSEQ получалась склеиванием двух небольших участков последовательности, а не вырезанием из нее мелких фрагментов с образованием небольших и многочисленных делеций; но обоих выравниваниях все равно найден только один реально гомологичный участок, а все остальные совпадения аминокислот случайны.

Очевидно, дело в том, что штраф за продолжение гэпа слишком велик. Его нужно сделать еще меньше, чтобы программа построила выравнивание, отвечающее рельно проделанным с последовательностью преобразованиям. И тогда получится вот такое замечательное выравнивание.

Выравнивание строилось со следующими параметрами: Штраф за открытие делеции — 10; Штраф за продолжение делеции — 0,1.