Гибкое выравнивание.

Построение выравнивания последовательностей пары 1opk и 1k9a протеинкиназ с разметкой кластеров плюс-блоков - блоков, в которых выравнивание подтверждено структурными данными.

При помощи прогрмаммы FATCAT было построено парное гибкое выравнивание цепи A (длина - 449 а.о.) из записи 1opk и цепи A (длина - 439 а.о.) из записи 1k9a.
1OPK - прото-онкоген тирозин-киназа ABL1 (Proto-oncogene tyrosine-protein kinase ABL1), 1K9A - карбоксил-терминальная киназа Src (Carboxyl-terminal Src kinase).

Страничка с результатами.

Выравнивание:
```
Align 1opk*a.pdb 449 with 1k9a*a.pdb 439
Twists 2 ini-len 376 ini-rmsd 1.48 opt-equ 417 opt-rmsd 2.01 chain-rmsd 23.00 Score 993.88 align-len 448 gaps 31 (6.92%)
P-value 0.00e+00 Afp-num 59010 Identity 37.50% Similarity 54.91%
Block  0 afp  7 score 159.26 rmsd  1.38 gap 1 (0.02%)
Block  1 afp 12 score 254.39 rmsd  1.89 gap 2 (0.02%)
Block  2 afp 28 score 639.72 rmsd  1.30 gap 40 (0.15%)

                  .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :
Chain 1:   83 NLFVALYDFVASGDNTLSITKGEKLRVLGYNHNGEWCEAQTKN-GQGWVPSNYITPVNS------LEKHS
              1111111111111111111111111111111111111111111 111111111111111      22222
Chain 2:   12 TECIAKYNFHGTAEQDLPFCKGDVLTIVAVTKDPNWYKAKNKVGREGIIPANYVQKREGVKAGTKLSLMP

                  .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :
Chain 1:  146 WYHGPVSRNAAEYLLSSGINGSFLVRESESSPGQRSISLRYEGRVYHYRINTASDGKLYVSSESRFNTLA
              22222222222222222222222222222222222222222222222222222 2222222222222222
Chain 2:   82 WFHGKITREQAERLLYPPETGLFLVRESTNYPGDYTLCVSCEGKVEHYRIMYH-ASKLSIDEEVYFENLM

                  .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :
Chain 1:  216 ELVHHHSTVADGLITTLHYPAPKRNKPTIYGVSPNYDKWEMERTDITMKHKLGGGQYGEVYEGVWKKYSL
              22222222222222222222222222         3333333333333333333333333333333  33
Chain 2:  151 QLVEHYTTDADGLCTRLIKPKVMEGTVAAQDEFY-RSGWALNMKELKLLQTIGKGEFGDVMLGDYR--GN

                  .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :
Chain 1:  286 TVAVKTLKEDTMEVEEFLKEAAVMKEIKHPNLVQLLGVCTRE-PPFYIITEFMTYGNLLDYLRECNRQEV
              33333333 333333333333333333333333333333333 333333333333333333333333333
Chain 2:  218 KVAVKCIK-NDATAQAFLAEASVMTQLRHSNLVQLLGVIVEEKGGLYIVTEYMAKGSLVDYLRSRGRSVL

                  .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :
Chain 1:  355 SAVVLLYMATQISSAMEYLEKKNFIHRNLAARNCLVGENHLVKVADFGLSRLMTGDTYTAHAGAKFPIKW
              33333333333333333333333333333333333333333333333333333    3      333333
Chain 2:  287 GGDCLLKFSLDVCEAMEYLEGNNFVHRDLAARNVLVSEDNVAKVSDFGLTKEA----S------KLPVKW

                  .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :
Chain 1:  425 TAPESLAYNKFSIKSDVWAFGVLLWEIATYGMSPYPGIDLSQVYELLEKDYRMERPEGCPEKVYELMRAC
              3333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333
Chain 2:  353 TAPEALREKKFSTKSDVWSFGILLWEIYSFGRVPYPRIPLKDVVPRVEKGYKMDAPDGCPPAVYDVMKNC

                  .    :    .    :    .
Chain 1:  495 WQWNPSDRPSFAEIHQAFETMFQESSIS
              3333333333333333333333333333
Chain 2:  423 WHLDAATRPTFLQLREQLEHIRTHELHL

Note: positions are from PDB; the numbers between alignments are block index
```
На данном графике можно увидеть плюс-блоки (их 3), они выделены урасным, малиновым и желтым цветами.

Теперь импортируем выравнивание в GeneDoc:

Итак, суммарная длина обоснованного выравниваня: 417 а.о. - 94.9% от длины наименьшей последовательности в выравнивании.

Теперь рассмотрим каждый кластер в отдельности.

Первый:
1. идентификатор кластера: 1 (0)
2. положение в выравнивании: 1-43, 45-59
3. число плюс-блоков в кластере: 2
4. суммарное число позиций обоснованного выравнивания в кластере: 58
5. суммарное число совпадающих букв в кластере - 14,
  процент от числа позиций обоснованного выравнивания - 24.14%;
  суммарное число совпадающих букв в кластере - 23,
  процент от числа позиций обоснованного выравнивания - 39.7%;
6. RMSD = 1.38
Второй:
1. идентификатор кластера: 2 (1)
2. положение в выравнивании: 66-123, 125-166
3. число плюс-блоков в кластере: 2
4. суммарное число позиций обоснованного выравнивания в кластере: 100
5. суммарное число совпадающих букв в кластере - 41,
  процент от числа позиций обоснованного выравнивания - 41%;
  суммарное число совпадающих букв в кластере - 51,
  процент от числа позиций обоснованного выравнивания - 51%;
6. RMSD = 1.89
Третий:
1. идентификатор кластера: 3 (2)
2. положение в выравнивании: 176-206, 209-218, 220-252, 254-333, 345-448, 338 - отдельная позиция
3. число плюс-блоков в кластере: 5 блоков и одна отдельная позиция
4. суммарное число позиций обоснованного выравнивания в кластере: 259
5. суммарное число совпадающих букв в кластере - 103,
  процент от числа позиций обоснованного выравнивания - 39,77%;
  суммарное число совпадающих букв в кластере - 142,
  процент от числа позиций обоснованного выравнивания - 54,83% ;
6. RMSD = 1.30
Выравнивание получилось довольно хорошее: RMSD < 2 для каждого кластера.

Совместим структуры:

Синим цветом выделен первый кластер (83-140 - цепь А 1opk, 12-70 - цепь В 1k9a),
желтым - второй (141-241 - цепь А 1opk, 77-176 - цепь В 1k9a),
красным - третий (251-522 - цепь А 1opk, 185-450 - цепь В 1k9a).

Видно, что FATCAT выдал вполне достоверный вариант.
Вывод: никаких подозрений на ошибку программы при анализе выравнивания и совмещения не появилось.

Проверим доменную организацию структур, сравним с ней организацию плюс блоков.

Раскраска по доменам структуры 1opk согласно данным SCOP:

Желтым цветом выделен первый домен - 44-100;
Зеленым - второй - 101-201;
Красным - третий - 202-492.

Раскраска по доменам структуры 1k9a согласно данным SCOP:

Красным цветом выделен первый домен - 6-76
Желтым - второй - 77-177
Фиолетовым - третий - 178-450.

Итак, видно, что для структуры 1k9a координаты кластеров, определённых FATCAT, и доменов по SCOP, почти одинаковы.

Сомнения вызывает структура 1opk и её доменная организация.
Возможно, всему виной конформационная изменчивость вследствие взаимодействия белков в пределах соседних ассиметрических ячеек.

Видно, что взаимодействие нельзя исключать.

2. Для пары структур 1k9a и 1opk построим гибкое выравнивание с помощью сервиса RAPIDO.

Страничка с результатами выравнивания.

Выравнивание:

Условные обозначения:

'=' - бета-тяж
'@' - альфа-спираль
'^' - поворот
'-' - гэп
'*' - пропущенный остаток
1 кластер - голубой цвет
2 кластер - зеленый цвет
3 кластер - синий цвет
Красным цветом выделены гибкие участки.

Вывод: выравнивания, полученные с помощью FATCAT и RAPIDO весьма похожи: выделены три кластера обеими программами, причем их координаты приблизительно одинаковы а обоих случаях. Возьмем, например, 1 кластер: кластер FATCAT отличается от соответствующего кластера RAPIDO всего на один аминокислотный остаток в конце.

3. Сравним пару структур 2cn4 и 1dk0 гемофора HasA из бактерии S. marcescens с помощью гибкого выравнивания.
Воспользуемся программой FATCAT.

Гибкое выравнивание было построено для цепей А обеих структур. Длина цепей одинаковая - 173.
```
Align 2cn4*a.pdb 173 with 1dk0*a.pdb 173
Twists 1 ini-len 168 ini-rmsd 2.33 opt-equ 172 opt-rmsd 0.47 chain-rmsd 23.01 Score 460.80 align-len 173 gaps 1 (0.58%)
P-value 0.00e+00 Afp-num 8328 Identity 100.00% Similarity 100.00%
Block  0 afp  6 score 126.72 rmsd  0.93 gap 0 (0.00%)
Block  1 afp 15 score 359.07 rmsd  0.42 gap 0 (0.00%)

                  .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :
Chain 1:    2 AFSVNYDSSFGGYSIHDYLGQWASTFGDVNHTNGNVTDANSGGFYGGSLSGSQYAISSTANQVTAFVAGG
              11111111111111111111111111111111111111111111111 2222222222222222222222
Chain 2:    2 AFSVNYDSSFGGYSIHDYLGQWASTFGDVNHTNGNVTDANSGGFYGGSLSGSQYAISSTANQVTAFVAGG

                  .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :
Chain 1:   72 NLTYTLFNEPAHTLYGQLDSLSFGDGLSGGDTSPYSIQVPDVSFGGLNLSSLQAQGHDGVVHQVVYGLMS
              2222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
Chain 2:   72 NLTYTLFNEPAHTLYGQLDSLSFGDGLSGGDTSPYSIQVPDVSFGGLNLSSLQAQGHDGVVHQVVYGLMS

                  .    :    .    :    .    :
Chain 1:  142 GDTGALETALNGILDDYGLSVNSTFDQVAAATA
              222222222222222222222222222222222
Chain 2:  142 GDTGALETALNGILDDYGLSVNSTFDQVAAATA

Note: positions are from PDB; the numbers between alignments are block index
```
Получилось замечательное выравнивание с довольно низким RMSD: <1 для кластеров ~2 для выравнивания вцелом.
FATCAT выделил 2 кластера: Первый: 2-48, второй: 50-174.

Совмещенные структуры:

Теперь взглянем на кластеры, совмещенные жестки образом при помощи команды align:

Красным окрашен первый кластер, синим - второй.
Помимо кластеров виден участок разрыва.

Попробуем выяснить, в чём притчина разницы конформаций.

Согласно статье "The Crystal Structure of the Secreted Dimeric Form of the Hemophore HasA Reveals a Domain Swapping with an Exchanged Heme Ligand" (Mirjam Czjzek, 2007) существуют как мономерная форма гемофора, так и димерная. Поэтому скорее всего, в данном случае мы имеем дело с конформационной подвижностью.

Структура 1dk0:

Структура 2cn4:

И правда, в 1DK0 одна цепь взаимодействует только с одним гемом, а в 2CN4 с двумя.

Гибкое выравнивание.

Раскраска по доменам структуры 1opk согласно данным SCOP:

Раскраска по доменам структуры 1k9a согласно данным SCOP:

Выравнивание:

Совмещенные структуры:

Структура 1dk0:

Структура 2cn4: