SCOP и CATH

SCOP

C помощью SCOP были определены 3 домена: 1 был обнаружен в белке из записи 1BDO.pdb, а 2 других - в белке из записи 1ON1.pdb.

1
Биотиниловый домен ацетилКоАкарбоксилазы (из E.coli)
запись 1BDO.pdb, цепь А
классификация по SCOP:

класс All beta proteins (все бета белки)
укладка Barrel-sandwich hybrid 
	Гибрид укладок "Barrel" и "Sandwich"
суперсемейство Single hybrid motif
	Одиночный гибридный мотив
семейство Biotinyl/lipoyl-carrier proteins and domains
	Биотинил/тиооктилнесущие белки и домены

в суперсемействе Single hybrid motif содержится 1 семейство
укладку Barrel-sandwich hybrid имеют 4 суперсемейства

2
Регулятор транспорта марганца MntR (из B.subtilis)
запись 1ON1.pdb, цепь А:63-136, цепь B:63-136
классификация по SCOP:

класс All alpha proteins (все альфа белки)
укладка Iron-dependent repressor protein, dimerization domain 
	Железозависимые репрессорные белки, димеризационные домены
суперсемейство Iron-dependent repressor protein, dimerization domain
	Железозависимые репрессорные белки, димеризационные домены
семейство Iron-dependent repressor protein, dimerization domain
	Железозависимые репрессорные белки, димеризационные домены

в суперсемействе Iron-dependent repressor protein, dimerization domain содержится 1 семейство
укладку Iron-dependent repressor protein, dimerization domain имеет 1 суперсемейство

3
Регулятор транспорта марганца MntR (из B.subtilis)
запись 1ON1.pdb, цепь А:2-62, цепь B:2-62
классификация по SCOP:

класс All alpha proteins (все альфа белки)
укладка DNA/RNA-binding 3-helical bundle
	ДНК/РНК связывающий трехспиральный "пучок" (посмотреть пример) 	 
суперсемейство "Winged helix" DNA-binding domain
	"Крылато-спиральный" ДНК связывающий домен (содержит маленький бета-лист - "крыло")
семейство Iron-dependent repressor protein
	Железозависимый репрессорный белок

в суперсемействе "Winged helix" DNA-binding domain содержится 84 семейства
укладку DNA/RNA-binding 3-helical bundle имеют 14 суперсемейств

CATH

C помощью CATH был проведен поиск доменов по тем же записям, что использовались для SCOP: 1BDO.pdb и 1ON1.pdb. D первой записи был найден 1 домен. Во второй - на цепях А и B было найдено формально 4 домена, однако на цепях А и B располагались соответствующие домены с одинаковой идентичностью, поэтому рассмотрим домены на цепи А.

1
домен 1bdoA00
запись 1BDO.pdb, цепь А:77-156
классификация по CATH: 2.40.50.100.8.1.1.1.1

класс Mainly Beta (преимущественно бета белки)
архитектура Beta Barrel 
топология OB fold (Dyhydrolipoamide Acetyltransferase, E2P)
суперсемейство название не приведено
семейство название не приведено

в суперсемействе 2.40.50.100 содержится 17 семейств
топологию OB fold (Dyhydrolipoamide Acetyltransferase, E2P) имеют 19 суперсемейств

2
домен 1on1A02
запись 1ON1.pdb, цепь А:74-136, цепь B:74-136
классификация по CATH 1.10.60.10.1.1.1.1.5

класс Mainly Alpha (преимущественно альфа белки)
архитектура Orthogonal Bundle 
топология Diphtheria Toxin Repressor; domain 2
суперсемейство Diphtheria Toxin Repressor; domain 2
семейство название не указано

в суперсемействе Diphtheria Toxin Repressor; domain 2 содержится 3 семейства
топологию Diphtheria Toxin Repressor; domain 2 имеет 3 суперсемейства

3
домен 1on1A01
запись 1ON1.pdb, цепь А:2-73, цепь B:2-73
классификация по CATH: 1.10.10.10.14.1.1.2.5

класс Mainly alpha (преимущественно альфа белки)
архитектура Orthogonal Bundle	
топология Arc Repressor Mutant, subunit A 
суперсемейство "winged helix" repressor DNA binding domain
семейство назвение не указано

в суперсемействе "winged helix" repressor DNA binding domain содержится 174 семейства
топологию Arc Repressor Mutant, subunit A имеют 39 суперсемейств

Сравнение SCOP и CATH

1. Домены для 1bdo.

SCOP	CATH
Найден один домен
Домен занимает всю цепь белка
Домен отнесен к классу бета белков
укладка белка - "сэндвич" из "полубочковидных" бета-листов	архитектура белка - бета "бочка"; топология - OB fold (от oligonucleotide/ oligosaccharide binding)
укладка, суперсемейство и семейство образуют линейную ветвь: такому типу укладки соответствует 1 суперсемейство, а ему, в свою очередь, 1 семейство; таким образом, топология и нижестоящие по иерархии группы выделены в отдельную ветвь в иерархии SCOP	ветвь, в которой находится определенный домен в иерархии CATH, сильно разветвлена, и только начиная с уровня семейств становится линейной

Изображение домена:

2. Домены для 1on1.

SCOP	CATH
Найдено 2 домена
Домены занимают участки 2-62 и 63-136 цепи белка	Домены занимают участки 2-73 и 74-136 цепи белка
Домены отнесены к классу альфа белков
1 домен: укладка - "пучок" из трех спиралей 2 домен: укладка железозависимых репрессорных белков	1 домен: архитектура - ортогональный "пучок"; топология - Arc repressor mutant 2 домен: архитектура - ортогональный "пучок"; топология - 2 домен репрессора дифтерийного токсина
1 домен: суперсемейство - "крылатая" спираль, ДНК-связывающий домен
2 домен: суперсемейство - железозависимый репрессор, домен димеризации	2 домен: суперсемейство - 2 домен репрессора дифтерийного токсина
1 домен: такая укладка представлена многими суперсемействами, а суперсемейство - многими семействами 2 домен: укладка, суперсемейство и семейство образуют линейную ветвь: такому типу укладки соответствует 1 суперсемейство, а ему, в свою очередь, 1 семейство; таким образом, топология и нижестоящие по иерархии группы выделены в отдельную ветвь в иерархии SCOP	1 домен: ветвь, в которой находится этот домен в иерархии CATH, сильно разветвлена, и только начиная с уровня семейств становится линейной 2 домен: ветвь, в которой находится этот домен, слабо разветвлена

Изображение доменов (слева по SCOP, справа по CATH, красным отмечен первый домен (A:2-62 и A:2-73 для SCOP и CATH соответственно), зеленым второй (А:63-136 и A:74-136 для SCOP и CATH соответственно), белым отмечена цепь B):

На картинке видно, что CATH поделил длинную альфа спираль пополам между двумя доменами, а SCOP целиком отнес ее ко второму домену. Мне кажется разметка SCOP более правильной: она отдельно выделяет ДНК-связывающий домен - действительно пучок из 3 спиралей. Второй домен участвует в связывании со второй цепью белка.

Рассмотрим белки, находящиеся в тех же группах, что и домены 1on1:
1rq6.
Его домен 1rq6A00 имеет ту же топологию в CATH, что и 1on1A02. В SCOP домен в 1rq6 относится к той же укладке, что и второй домен 1on1.
Т.е. 2 домена одной топологии в CATH соответствуют 2 доменам одной укладки в SCOP.
1ois.
Его домен 1oisA01 имеет ту же топологию в CATH, что и 1on1A01. Однако в SCOP домен из 1ois относится даже к другому, чем у первого домена 1on1, классу (мультидоменные белки (альфа+бета)). Но в CATH для 1ois описан, помимо 1oisA01 из класса Mainly alpha, еще один домен из класса Mainly beta. В SCOP описан всего один домен, так что в SCOP домены из CATH были объединены.
1bi1.
Укладка его домена в SCOP совпадает с укладкой второго домена 1on1. В CATH для 1bi1 описан домен 1bi1A02, соответствующий домену 1on1A02 и совпадающий с ним по топологии. При этом для 1bi1 в CATH также описан и домен 1bi1A01, по топологии и суперсемейству совпадающий с доменом 1on1A01. Рассмотрим расположение этих доменов друг относительно друга в 1BI1.pdb.
Изображение слева - домены раскрашены по данным SCOP, красным - домен, соответствующий ДНК-узнающему домену 1on1; синим - соответствующий домену димеризации 1on1. Изображение справа - все то же, но по данным CATH.

*зеленым изображен третий домен, не относящийся к сравнению 1on1 и 1bi1
В данном случае SCOP снова отнес ко второму домену длинную альфа-спираль целиком, а CATH - примерно наполовину.
Указанные различия можно объяснить разным устройством иерархий в CATH и SCOP: в первом больше уровней; разбиение на классы другое, их меньше; общее число доменов больше (128688 против 110800 доменов в SCOP).

Выравнивание структур

Домены, имеющие одну и ту же укладку в SCOP (SpoIIaa-like, класс Alpha and beta), но принадлежащие к разным семействам SpoIIaa-like и CRAL/TRIO domain были выровнены с помощью PDBeFOLD. Первый домен из семейства CRAL/TRIO доменов, из белка-переносчика альфатокоферола человека; второй домен из семейства SpoIIaa антагонистов антисигма факторов, из одноименного белка B.subtilis.
С помощью полученного выравнивания было найдено геометрическое ядро на сервере Geometrical core. Всего было определено 3 геометрических ядра, рассмотрим главное.

Main geometrical core

Pos.	1R51_A	1AUZ_A
77	GLU77	THR25
78	LEU78	ALA26
79	PHE79	GLU27
80	GLY80	THR28
81	SER81	LEU29
82	ILE82	LYS30
83	LEU83	GLN31
84	GLY84	LYS32
85	THR85	VAL33
86	HIS86	THR34
87	PHE87	GLN35
88	ILE88	SER36
89	GLU89	LEU37
90	LYS90	GLU38
91	TYR91	LYS39
94	HIS93	ILE42

В PyMOL c помощью pair_fit совместим Са атомы геометрического ядра.
Полученное изображение:

Структуры похожи только укладкой, однако размеры их сильно отличаются, совмещение произошло лишь по одной альфа-спирали.

Для тех же структур проведем гибкое выравнивание c помощью FATCAT.

Align 1r51A.pdb 295 with 1auzA.pdb 116
Twists 1 ini-len 56 ini-rmsd 3.43 opt-equ 69 opt-rmsd 3.63 chain-rmsd 11.22 Score 100.83 align-len 133 gaps 64 (48.12%)
P-value 2.64e-01 Afp-num 9926 Identity 4.51% Similarity 12.03%
Block  0 afp  4 score 72.11 rmsd  3.91 gap 46 (0.59%)
Block  1 afp  3 score 56.11 rmsd  2.66 gap 4 (0.14%)

                  .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :
Chain 1:  180 TDVDATWQWKNFSGLQEVRSHVPKFDATWATAREVTLKTFAEDN-----------SASVQATMYKMAEQI
              1111111111         1111111111111111111111              222222222222222
Chain 2:   10 ESVLCIRLTG---------ELDHHTAETLKQKVTQSLEKDDIRHIVLNLEDLSFMDSSGLGVILGRYKQI

                  .    :    .    :    .    :    .    :    .    :    .    :
Chain 1:  239 LARQQLIETVEYSLPNKHYFEIDLSWHKGLQNTGKNAEVFAPQSDPNGLI--------KCTVG
              22222   22222222                              2222        22222
Chain 2:   71 KQIGG---EMVVCAIS------------------------------PAVKRLFDMSGLFKIIR

Note: positions are from PDB; the numbers between alignments are block index

Структуры слабо похожи друг на друга, и значение rmsd велико - 3.43.
Изображение (красным - цепь 1auz, зеленым - цепь 1r51):

В этот раз совмещение лучше: совмещены 2 альфа-спирали. Однако все равно сходство есть только на уровне укладки. Таким образом, домены одной укладки могут иметь разное строение; укладка подразумевает определенный шаблон устройства структуры, однако дальнейшее разделение доменов на суперсемейства и т.д. уже учитывает размеры, функции доменов.