Personal student's page of Evgeny Kirilin

Исследование ДНК-белкового комплекса

I. Краткое описание структуры в файле 1r4o.pdb

В файле приведены координаты атомов следующих молекул:
1.Фрагмент ДНК-связывающего домена молекулы глюкокортикоидного рецептора.Состоит из двух цепей: А и В.
2.Двухцепочечная (цепь C и D) ДНК.
Комплекс молекул взят из организма Rattus norvegicus.

Для исследования были выбраны цепи: цепь А белка и цепи C и D, представляющие ДНК со следующей последовательностью:

D-цепь  [1] 5'-CСAGAACATCGATGTTCTG-3' [19]
                ||||||||||||||||||
C-цепь [19] 3'- GTCTTGTAGCTACAAGACC-5' [1]

II. Функции белка, структура которого представлена в файле 1r4o.pdb

Данный белок-рецептор глюкокортикоидных гормонов.Проявляет двойное действие:может выступать как в роли транскрипционного фактора,связывающегося с участками ДНК - элементами глюкокортикоидной регуляции (GRE), так и в роли модулятора иных транскрипционных факторов.Вызывает воспалительный ответ,клеточную пролиферацию и дифференциацию в тканях.

III. Исследование структуры ДНК

ДНК данного комплекса представляет собой B-форму.Для исследования торсионных углов использовался следующий метод (файл с расчётом здесь): каждому значению угла присваивался единичный вектор с координатами (sin(x),cos(x)).Соответственно сумма углов-это сумма соответствующих векторов,и,следовательно, вектор с координатами (cos(x₁)+cos(x₂)+...;sin(x₁)+sin(x₂)+...).Далее этот вектор нормировался,и относительно него вычислялся соответствующий ему угол,который и являлся средним.Далее сторилась таблица отклонений углов от среднего значения и вычислялись искажения углов.Самые искажённые нуклеотиды были отмечены красным цветом и выделены на картинке(см.ниже).Красным цветом выделены наиболее искажённые из цепи D, белым - среднеискажённые и оранжевым-наиболее искажённые из цепи C(угол>800).

Предположительно данные нуклеотиды участвуют во взаимодействии ДНК и рецептора.В некоторых случаях можно заметить,что соседи наиболее искажённых нуклеотидов также достаточно искажены,что естественно.

II. Исследование ДНК-белковых контактов

Будем считать полярными атомы кислорода и азота, а неполярными – атомы углерода, фосфора и серы. Назовем полярным контактом ситуацию, в которой расстояние между полярным атомом белка и полярным атомом ДНК меньше 3.5. Аналогично, неполярным контактом будем считать пару неполярных атомов на расстоянии меньше 4.5.
Скрипт с необходимыми множествами для определения числа контактов здесь.

Таблица. Контакты разного типа

Контакты атомов белка с	Полярные	Неполярные	Всего
остатками 2'-дезоксирибозы	1	20	21
остатками фосфорной кислоты	13	16	29
остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки	4	9	13
остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки	0	0	0

По результатам можно сделать следующие выводы:
1)Наибольшее взаимодействие наблюдается со стороны дезоксирибозы и фосфорной кислоты,что обусловлено их наружним расположением.
2)Также взаимодействие наблюдается только относительно большой бороздки,домен достаточно больших размеров,и поэтому взаимодействие происходит именно с этой стороны,и в принципе во многих случаях ДНК-белковое взаимодействие наблюдается именно со стороны большой бороздки, что обусловлено лучшим распознаванием сайта связывания белком.

I. Получение популярной схемы ДНК-белковых контактов с помощью nucplot

Была использована команда "nucplot 1R4O_old.pdb".Результаты:

Результаты, полученные в пункте 2 соответстуют результатам программы nucplot.2 полярных атома белка из 4,взаимодействующих с остатками азотистых оснований со стороны большой бороздки совпали-это атомы азота аргинина-466, причём связаны они с основанием гуанин-14 цепи D.Так же совпали и те полярные атомы,что взаимодействуют с остатком фосфорной кислоты остова между 13 и 14 нуклеотидами цепи D - атомы азота аргинина-489 и аргинина-496.

III. Возможные распознающие контакты

Белок обладает некоторой симметричностью,поэтому возможно ожидать его связывание в двух участках ДНК,симметричных относительно центра ДНК.Так и выходит, причём взаимодействуют 13 и 14 нуклеотиды обеих цепей,причём присутствуют взаимодействия как между остовом и белком,так и между основаниями и белком. Остатки Arg466 и Arg496 представлены на обеих цепях белка,и оба взаимодействуют с симметричными областями ДНК.Так же с цепью D ДНК взаимодействует Arg489.Схема:

IV. Характеристика ДНК-связывающего домена GCR_RAT

Доменная структура белка здесь.

Состоит из трёх доменов:N-концевого домена (GCR на рис.), ДНК-связывающего домена (zf-c4 на рис.),и С-концевого гормон-связывающего домена (Hormone recept на рис.).Zn-фингерный домен - C4 домен.Последовательность Cys-X2 - Cys -X13 -Cys-X2 -Cys, в которой 4 остатка цистеина способны образовывать комплекс с атомом цинка, давая структуру цинкового пальца. Эта укладка способна участвовать в связывании рецептора с ДНК. В каждой молекуле рецептора стероидных гормонов содержится по два таких домена. В связывании с ДНК участвует комплекс из двух молекул рецептора.Ролью таких рецепторов является регуляция транскрипции генов.В случае связывания гормона с гормон-связывающим доменом данного рецептора вследствии конформационных и химических изменений активированный рецептор связывается с элеметом ДНК глюкокортикоидной регуляции и соответсвенно либо активирует,либо репрессирует транскрипцию..