Занятие 6.

I. Исследование доменной структуры конкретного белка

1. Доменная структура белка OTC1_ECOLI по данным Pfam

Cхема из Pfam:
Пояснения к схеме
№ Pfam AC Pfam ID Полное название семейства домена Положение в последовательности белка OTC1_ECOLI Клан
1. PF02729 OTCace_N Аспартат/орнитинкарбамоилтрансфераза, карбамоилфосфатсвязывающий домен 7-148 -
2. PF00185 OTCace Аспартат/орнитинкарбамоилтрансфераза, аспартат/орнитин-связывающий домен 155-331 -

2. Выравнивание-затравка (seed) для N-концевого домена (OTCace_N)

Выравнивание в формате msf было сохранено в файле PF02729_seed.msf.

3. Сравнение описания доменной структуры в Pfam с описаниями в других БД

По идентификатору UniProt белка OTC1_ECOLI найдем описание всех подписей, интегрированных в БД InterPro. Наиболее интересная из найденных подписей (InterPro ID IPR006130) приведена на рисунке ниже (черного цвета) вместе с подписями Pfam (фиолетовые):



Подпись IPR006130 получена из БД SuperFamily. В отличие от подписей Pfam, описывающих два разных домена, здесь мы видим один повторяющийся домен. Расположение этих копий соответствует расположению доменов Pfam (1-150 и 152-334, границы доменов Pfam приведены в таблице в п.1).
Можно сделать вывод, что в процессе эволюции произошла дупликация участка последовательности, которая привела к образованию двух отдельных доменов.

4. Сопоставление доменной и 3D структур белка OTC1_ECOLI

C помощью Jmol на сайте Pfam получим изображение 3D-структуры исследуемого белка (PDB-идентификатор 1akm). Из трех идентичных цепей была выбрана цепь А. На изображении хорошо видно, что структурные домены соответствуют доменам Pfam:

Структурные домены и домены Pfam совпадают практически полностью, за исключением альфа-цепочечных участков, с помощью которых структурные домены соединяются между собой.
Кроме того, можно заметить, что структуры двух доменов Pfam очень похожи: у обоих имеется по четыре бета-слоя в центре, сходное пространственное расположение альфа-цепей и т.д. Это сходство также подтверждает гипотезу о происхождении этих доменов в результате удвоения последовательности.

II. Исследование эволюции отдельных доменов

1. Представленность исследуемых доменов в организмах разных видов

Домен OTCace_N (PF02729) представлен в организмах 1031 вида, OTCace (PF00185) - у 1030 видов. Похоже, что эти домены мало встречаются по отдельности.
Рассмотрим подробнее распространенность N-концевого (карбамоилфосфатсвязывающего) домена.

Представленность домена PF02729 в организмах разных видов
Таксон
Количество белков с доменом PF02729
Эукариоты Зеленые растения 56
Грибы 125
Животные 75
Остальные эукариоты 42
Бактерии 3265
Археи 162

Домен присутствует у представителей всех перечисленных в таблице таксонов. Чаще всего он встречается у бактерий, сравнительно широко распространен у эукариот, причем больше всего представлен у грибов, и меньше - у зеленых растений. У архей этот домен встречается приблизительно в два раза реже, чем у эукариот.

2. Встречаемость исследуемых доменов в разных белках Escherichia coli K12

Рассмотрим, в скольких еще белках, помимо OTC1_ECOLI, встречаются исследуемые домены в этой бактерии (в таблице OTC1_ECOLI также учтен):

Представленность изучаемых доменов в белках Escherichia coli (strain K12)

№ PFAM ID Количество белков в Escherichia coli (strain K12)
1. PF02729 4
2. PF00185 4

Все найденные белки содержат оба изучаемых домена и имеют ту же доменную организацию, что и OTC1_ECOLI.

3. Примеры доменных перестроек

Два исследуемых домена практически всегда присутствуют вместе и в той же последовательности, что и в белке OTC1_ECOLI. Тем не менее, встречаются и интересные примеры доменных перестроек.
1) Домен PF02729 (OTCace_N) может присутствовать и в одиночку. Правда, большая часть таких последовательностей - это фрагменты или гипотетические белки, так что судить о вероятности такой перестройки сложно.

B5J2X0_9RHOB (гипотетический):    

Он может присутствовать не только на N-конце, но и внутри последовательности:

Q60504_9RODE (фрагмент):    

Этот домен также может удваиваться, хоть и не полностью:

B0XH91_CULQU:    

2) Домен PF00185 (OTCace) также может содержаться в последовательности в одиночку

Q84FS7_BACFO:    

либо в паре с каким-то еще доменом, кроме OTCace_N, при этом находясь c С-конца:

C2KFS9_9LACO:    

Помимо перестроек, в которых домены PF02729 и PF00185 присутствуют по отдельности, также есть перестройки, в которых эти домены расположены в паре, но разделены аминокислотным участком. Тем не менее, порядок доменов не меняется (OTCace_N всегда ближе к N-концу):

A8WNQ4_CAEBR:    
(на изображении показан только С-конец)


Назад