Занятие 1.

  • Описание доменной структуры белка по данным Pfam

    • Открыв главную страничку БД Pfam, по идентификатору UniProt заданного белка USHA_ECOLI я нашла описание его доменной организации.

    По полученным результатам была составлена таблица:

    Доменная структура белка USHA_Ecoli по данным Pfam
    Cхема из Pfam:
    Пояснения к схеме
    № Pfam AC Pfam ID Полное название семейства домена Положение в последовательности белка USHA_Ecoli Клан
    1. PF00149 Metallophos Calcineurin-like phosphoesterase (кальциневрин-подобная фосфоэстераза)

    Это семейство представлено разнообразными фосфоэстеразами, включая белковые фосфосериновые фосфатазы, нуклеотидазы и т.д. Наиболее консервативные участки находятся вокруг остатков, взаимодействующих с металлом.

    		34 - 256 Клан Calcineurin (CL0163),
    содержит 5 семейств,
    у всех 5-ти функции известны
    2. PF02872 5_nucleotid_C 5'-nucleotidase, C-terminal domain ( 5'-нуклеотидаза, С-концевой домен) Белки этого семейства катализируют гидролиз фосфатной группы, которая в случае сложного эфира находится у 5'-атома углерода рибозы и дезоксирибозы молекул нуклеотидов. 363 - 511 Клан не указан.

  • Экспорт в формате msf

    • Выравнивание-затравка (seed) для N-концевого домена моего белка (PF00149) в формате msf: Metallophos.msf.

  • Сравнение описания доменной структуры в Pfam с описанием в других БД

    • Откроем главную страничку БД InterPro и поищем здесь домены моего белка. По результатам поиска были выбраны описания всех подписей (signatures), интегрированных в InterPro, т.е. имеющих InterPro ID.

    Подпись, которая, на мой взгляд, наиболее отличается от подписей PFAM:

    Это подпись из БД PRINTS, ее InterPro ID: IPR006179.
    На картинке мы видим 6 небольших частей. Необходимо отметить, что на ней содержится участок, который не входит ни в один из двух предполагаемо верных доменов.
    Остальные подписи InterPro кардинально не отличаются от выше описанных подписей PFAM.

  • Сопоставление доменной структуры с 3D структурой моего белка

    • Из Pfam было получено изображение 3D-структуры белка USHA_Ecoli согласно 1hp1.PDB:

    Розовым цветом выделен домен 5_nucleotid_C (PF02872), зеленым - Metallophos (PF00149).

    Структуры в шарнирной модели - это лиганды, т.е. ионы цинка,карбонат-ионы, сульфат-ионы, молекулы АТФ.
    Как видно, зеленый домен большей частью взаимодействует с ионами металла и карбонат-ионами, а розовый домен - с сульфат-ионами и молекулами АТФ. Домен 5_nucleotid_C, занимая большую часть, все же не покрывает полностью структурный домен, состоящий из бета-листов и альфа-спиралей. Домен Metallophos также не покрывает структурный домен полностью.

    Исследование эволюции отдельных доменов

    Белки с доменом Metallophos (PF00149) встречаются в 1258 видах организмов. Белки с доменом 5_nucleotid_C (PF02872) встречаются в 612 видах организмов. Выберем для более подробного изучения домен 5_nucleotid_C (PF02872), откроем таксономическое дерево PFAM. По данным для выбранного домена заполним следующую табличку:

    Представленность домена PF02872 в организмах разных видов

    Таксон
    Количество белков с доменом PF02872.
    Эукариоты Зеленые растения 10
    Грибы 56
    Животные 205
    Остальные эукариоты 34
    Бактерии 2317
    Археи 23

    Можно заметить, что этот домен чаще всего встречается в бактериальных организмах. Это, на мой взгляд, может быть объяснено тем, что периплазматический бактериальный ген ushA, более известный как UDP-sugar гидролаза, щепит UDP-глюкозу и другие нуклеотидные сахара с дифосфатами. Этот процесс обеспечивает клетку сахар-1-фосфатом. Также у бактерий 5'-нуклеотидаза катализирует гидролиз АТФ до АМФ.

    Представленность изучаемых доменов в белках Escherichia coli (strain K12)

    № PFAM ID Количество белков в Escherichia coli (strain K12)
    1. PF00149 10
    2. PF02872 2
    Было найден всего один белок с точно такой же доменной организацией, что и заданный белок USHA_ECOLI. Это белок CN16_ECOLI.

    Доменные перестройки

    Для каждого из доменов заданного белка рассмотрим странички с вариантами доменной организации и попробуем подобрать наиболее яркие примеры доменных перестроек.

    Рассмотрим сначала домен Metallophos (PF00149). Стоит вспомнить схему доменной организации изначального белка USHA_ECOLI из Pfam:


    Теперь посмотрим на варианты доменных перестроек Metallophos (PF00149):

    SBCD_BORBU -


    Домен Metallophos (PF00149) встречается в сочетании с разными доменами. В данном случае в сочетании с доменом SbcD_C (фиолетовый).

    Q9V2G8_PYRAB -


    В данном случае наблюдаем дупликацию домена.

    MRE11_ARATH -


    Снова домен встретился в сочетании с другим доменом (теперь уже это домен Mre11_DNA_bind).

    Посмотрим на варианты доменных перестроек 5_nucleotid_C (PF02872):

    Q8XJ11_CLOPE


    Здесь мы наблюдаем дупликацию нашего домена.

    Q0AWK8_SYNWW


    В данном случае просто наблюдается различное сопровождение (фиолетовые домены) наших доменов.