WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

• следует отметить, что статистически значимыми являются индексы представленности контактов Cys-Lys (1,88) и Cys-Ser (1,73) для взаимодействий между разными доменами, принадлежащими разным белковым цепям. Также, на фоне усиленной центральной диагонали, отметим контакты His-His (1,74) и Met-Met (2,15) для взаимодействий идентичных доменов, расположенных в разных белковых цепях.

• проведена оценка ошибок для величин gij с использованием метода «складного ножа». Диапазон значений ошибки составил от 0,12% до 0,78%, среднее значение 0,28%. Максимальная ошибка составляет 0,78% для контактов Cys-Asn (0,0057), а минимальная 0,12% для контактов Leu-Val (0,0017).

Глава 5. Исследование взаимодействий белок-ДНК В этой главе изложены результаты исследования взаимодействий белок-ДНК с помощью разбиения Вороного-Делоне.

Получены следующие результаты:

• построено распределение площадей контактов между аминокислотами и нуклеотидами ДНК;

• определен аминокислотный и нуклеотидный состав интерфейсов исследованных белок-нуклеиновых комплексов;

• получены таблицы чисел контактов между атомами аминокислот и нуклеотидов и суммарно на уровне аминокислота – нуклеотид (Таблица 1);

• приблизительно треть всех контактов составляют контакты с положительно заряженными аминокислотами Arg и Lys, 32,3%. Ser и Thr дают следующий по величине вклад – 15%. Asn образует 6 % контактов, также как и Gly;

Таблица 1. Контакты и индексы представленности для взаимодействий аминокислотных остатков с нуклеотидами ДНК.

Индексы представленности, Число контактов, cij gij A T G C A T G C ALA 1283 1456 1313 1268 5320 0,95 0,98 0,97 1,ARG 6092 6192 6463 4698 23445 1,02 0,94 1,08 0,ASN 2013 2284 1746 1499 7542 1,05 1,08 0,91 0,ASP 660 476 1162 804 3102 0,84 0,55 1,47 1,CYS 149 183 165 155 652 0,90 1,00 0,99 1,GLN 1561 1564 1349 1486 5960 1,03 0,94 0,89 1,GLU 869 893 1036 1091 3889 0,88 0,82 1,05 1,GLY 1933 2235 1772 1552 7492 1,02 1,06 0,93 0,HIS 953 1379 1014 627 3973 0,94 1,24 1,00 0,ILE 1090 1215 1011 827 4143 1,04 1,05 0,96 0,LEU 1069 1196 882 829 3976 1,06 1,07 0,87 0,LYS 4527 4654 4291 3630 17102 1,04 0,97 0,98 1,MET 383 599 545 359 1886 0,80 1,13 1,13 0,PHE 852 1144 953 645 3594 0,93 1,13 1,04 0,PRO 961 1016 712 701 3390 1,12 1,07 0,82 0,SER 2298 2667 2527 1862 9354 0,97 1,02 1,06 0,THR 2432 2831 2244 2003 9510 1,01 1,06 0,93 1,TRP 276 330 294 401 1301 0,83 0,90 0,89 1,TYR 1287 1480 1505 1157 5429 0,93 0,97 1,09 1,VAL 1256 1461 1053 863 4633 1,07 1,12 0,89 0,• получена таблица индексов представленности (Табл.1) контактов между аминокислотами и нуклеотидами ДНК. Согласно индексам представленности, можно выделить следующие предпочтения: для аденина – Pro; для тимина – His, а также Met, Phe, Val; для гуанина – Asp, с чуть меньшим предпочтением Met; для цитозина – значительный пик для Trp, Glu, Asp, а также для Gln, Cys, Ala.

• проведена оценка ошибок для величин gij с использованием метода «складного ножа» теста. Величина ошибки не превышает 0,3%.

Диапазон значений ошибки составил от 0,0004 до 0,0034, среднее значение 0,0012. В процентном отношении средняя ошибка составляет 0,12%. Максимальная ошибка составляет 0,32% для контактов Cys-А (0,0029), а минимальная 0,04% для контактов Arg-T (0,0004).

Далее рассмотрено изменение индекса представленности при последовательном исключении малых контактов, имеющих площадь от 1 до 9 (Таблица 2).

Таблица 2. Основные результаты изменения индекса представленности при последовательном исключении малых по площади контактов.

Увеличение индекса Максимальное значение A Val, Pro Val T His, Ala, Leu His G Asp, Arg, Ile Asp C Glu, Cys, Trp Glu Далее рассмотрены взаимодействия между белком и ДНК на уровне атомарных контактов. Представлены числа контактов между атомами белка и атомами ДНК. Все атомы белка рассортированы на две группы – атомы основной цепи и атомы остатков, а все атомы ДНК разделены на четыре группы – атомы сахара, фосфатной группы и нуклеинового основания, выходящие в малую или большую бороздку двойной спирали.

Получены следующие результаты:

Arg дает наибольший вклад – около 22% всех контактов наблюдаются между атомами аргинина и атомами нуклеотидов. Lys дает 13% всех атом-атомных контактов, тогда как Thr – 7%, Ser – 6,6%, Asn – 5,9%, Tyr – 5,8%. Вклад каждой из остальных аминокислот не превышает 5%.

Следует отметить, что контакты атомов бокового радикала Arg с атомами ДНК составляют более 90% всех контактов атомов Arg, из них 60% это контакты атомов бокового радикала Arg с сахарофосфатным остовом ДНК, и около 30% составляют контакты между атомами бокового радикала и атомами нуклеинового основания. Контакты атомов Arg с атомами нуклеотидов осуществляются как по малой, так и по большой бороздке спирали ДНК. Заметим, что с А взаимодействие происходит чуть чаще по малой бороздке, а с Т, G, С – преимущественно по большой бороздке. Lys, также как и Arg, преимущественно взаимодействует с сахарофосфатным остовом ДНК.

Также наблюдаются контакты между атомами бокового радикала Lys и атомами большой бороздки нуклеинового основания ДНК, однако с G их наблюдается в два раза больше, чем с А или Т, а с С приблизительно в два раза меньше. Взаимодействия Ser, Thr и Tyr главным образом касаются сахарофосфатного остова ДНК, однако также наблюдаются контакты между атомами этих аминокислот и атомами большой бороздки нуклеинового основания Т. Asn, как и Gln, образует контакты с сахарофосфатным остовом. Они также образуют контакты между атомами бокового радикала и атомами нуклеиновых оснований ДНК, причем контактов по большой бороздке приблизительно втрое больше.

Следует отметить, что Phe взаимодействует как с сахарофосфатным остовом ДНК, так и с нуклеиновыми основаниями. Контакты с нуклеиновыми основаниями А и Т проходят преимущественно по малой бороздке, тогда как контактов Phe с G и C по большой бороздке наблюдается больше, чем по малой.

Теперь рассмотрим, какие атомные контакты характерны для взаимодействий из таблицы 2. Для Glu c C боковой радикал глютаминовой кислоты образует контакты с атомами нуклеинового основания, выходящими в большую бороздку, а также с атомами сахара.

Для атомов бокового радикала Asp c G, в порядке убывания, характерны контакты с сахаром, фосфатной группой, большой бороздкой, малой бороздкой. Для His c T – c сахаром, большой бороздкой, фосфатной группой, малой бороздкой. Для Val c A характерны контакты атомов бокового радикала с сахаром, малой бороздкой, фосфатной группой, большой бороздкой.

Далее рассматриваются примеры из литературы, когда отрицательно заряженные аминокислотные остатки важны для ДНКбелкового узнавания и связывания. Можно предположить, что связывание полианионной ДНК зависит от кластеров положительно заряженных аминокислот в сближенной с ДНК областью ДНКсвязывающего белка. Однако такие кластеры положительно заряженных аминокислот были бы электростатически невыгодными без стабилизирующих взаимодействий с соответствующими отрицательно заряженными остатками. Вместе с тем отрицательно заряженные остатки создают возможность для последующей диссоциации белка и ДНК.

Глава 6. Обсуждение результатов Выявление характерных аминокислотных контактов и особенностей взаимодействия аминокислот на поверхности белокбелковых сайтов связывания – это необходимые шаги на пути к пониманию пространственной структуры белковых комплексов, а значит и к созданию системы компьютерного моделирования таких взаимодействий.

В этом исследовании продемонстрирована обоснованность применения разбиения Вороного-Делоне. Этот непараметрический метод позволяет по атомным координатам определить контакты между атомами и аминокислотами однозначно и математически строго.

Математическая процедура была протестирована на небольших отклонениях в значениях координат атомов, и продемонстрировала стабильность результатов. Разбиение Вороного-Делоне показало замечательную устойчивость к ошибкам, даже при больших отклонениях в координатах (до 1 ). Кроме того, данный метод позволил оценивать значимость каждого контакта по размеру площади и расстоянию.

Разработана статистическая математическая модель контактирующих аминокислот в следующем приближении: два круга бросают на некоторую область случайным образом или прицельно.

Аналитически определена плотность вероятности случайных и неслучайных пересечений как зависимость от площади пересечения. На примере общего распределения площадей контактов и распределении площадей контактов между двумя остатками цистеина показана адекватность модели. В рамках модели можно оценить предпочтительность каждого типа контактов. Сравнение распределения площадей контактов и модельных распределений позволяет сделать вывод о случайном или неслучайном взаимодействии, а также о соотношении случайных и неслучайных контактов. Несколькими статистическими методами показано, что таблицы контактов отражают неслучайный характер образования контактов Проведенный анализ контактов аминокислот на поверхности взаимодействия различных типов белковых комплексов позволил выявить статистически значимые отклонения от случайной модели. Так, наиболее предпочтительными являются контакты между остатками цистеина, а также между остатками с противоположными зарядами.

Если говорить о сравнении межцепочечных и внутрицепочечных взаимодействий между доменами, то (если сравнивать относительное число контактов) взаимодействия между доменами, расположенными в разных белковых цепях более богаты контактами между заряженными остатками, такими как Arg, Asp, Glu, Lys, а также Gln и Asn, и менее богаты гидрофобными взаимодействиями, такими как Leu, Ile, Phe, Val, Trp.

Важное отличие интерфейсов, образованных разными и одинаковыми белковыми единицами, заключатся во встречаемости контактов между остатками одного типа. Остатки с одинаковыми номерами (и, как следствие, одного типа) пространственно сближаются в центральной области интерфейса. Этот эффект становится очевидным при сравнении диагональных элементов таблиц индексов представленности.

На основании проведенных исследований специфичности взаимодействий остатков и нуклеотидов на интерфейсах белок-ДНК показано, что значимыми являются отклонения для контактов Asp-G, Trp-C, Glu-C, Asp-C и His-T. На атомном уровне наибольший вклад дает Arg – около 22% всех контактов наблюдаются между атомами Arg и атомами нуклеотидов. Lys дает 13% всех атом-атомных контактов, тогда как Thr – 7%, Ser – 6.6%, Asn – 5.9%, Tyr – 5.8%. Вклад каждой из остальных аминокислот не превышает 5%.

Выводы 1. Для определения контактирующих атомов и оценки поверхности взаимодействия белок-белок или белок-ДНК разработан метод на основе разбиения Вороного-Делоне. В рамках метода предложен способ оценки случайности образования контактов, который включает статистическую модель случайных и неслучайных контактов, позволяющую оценивать статистическую значимость обнаруженных контактов.

2. Предложен алгоритм, время работы которого пропорционально числу атомов. Разработано программное обеспечение, включающее модули для разбиения Вороного-Делоне, последующей обработки информации о контактах, а также визуализации пространственных построений.

3. Составлены невырожденные выборки интерфейсов белокбелковых и белок-нуклеиновых взаимодействий. С помощью разработанного комплекса программ изучена поверхность взаимодействия в больших выборках белок-белковых и белокнуклеиновых комплексов.

4. Показано, что для всех рассмотренных типов белок-белковых взаимодействий статистически значимыми отклонениями от случайной модели являются контакты между остатками цистеина, а также между остатками с противоположными зарядами.

Установлено, что для белковых комплексов, образованных двумя идентичными субъединицами, характерно увеличение доли контактов между аминокислотными остатками одного типа.

5. На основании проведенных исследований специфичности взаимодействий аминокислотный остатков и нуклеотидов на интерфейсах белок-ДНК сделан вывод, что значимыми являются контакты типа Asp-G, Trp-C, Glu-C, Asp-C и His-T. Предложен механизм участия отрицательно заряженных остатков в специфических взаимодействиях белок-ДНК.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Анашкина А.А., Туманян В.Г., Кузнецов Е.Н., Галкин А.В., Есипова Н.Г. Геометрический анализ ДНК-белковых взаимодействий на основе метода Вороного-Делоне.

Биофизика, 2008, т. 53, с. 402-406.

2. Anashkina A.A., Kuznetsov E., Esipova N., Tumanyan V. ProteinProtein Interfaces: Amino Acids Bias for Heterocomplexes and Homodimers. Joint Meeting of the Biophysical Society 52nd Annual Meeting and 16th International Biophysics Congress 2-6 February, 2008, Long Beach, CA, USA 3. Anashkina A.A., Kuznetsov E.N., Esipova N.G., Tumanyan V.G.

Comprehensive Statistical Analysis of Residues Interaction Specificity at Protein-Protein Interfaces. Proteins, 2007, v. 67, p.

1060-4. Анашкина А.А., Кузнецов Е.Н. и др. Статистический анализ распределения контактов в белок-белковых комплексах. Третья международная конференция по проблемам управления (20 – июня 2006 года). Пленарные доклады и избранные труды. -М.:

Институт проблем управления. 2006.

5. Anashkina A.A., Tumanyan V.G. Voronoi-Delaune tessellation for protein-protein complexes modeling. Proceedings of the international Moscow conference on computational molecular biology. Moscow, Russia, July 18-21, 2005, pp. 36-37.

6. Anashkina A. A., Tumanyan V. G. Voronoi–Delaune tesselation for protein-protein complexes modeling. Russia, Moscow.

"Математика. Компьютер. Образование". Cб. трудов XII международной конференции. Под общей редакцией Г.Ю.

Ризниченко. Ижевск: Научно-издательский центр "Регулярная и хаотическая динамика", 2005. Vol. 3, pp. 877-889.

7. Анашкина А.А., Туманян В.Г. Применение построения Вороного-Делоне для исследования пространственных отношений в белковой глобуле. III съезд биофизиков России, 2429 июня 2004 г, Воронеж, стр. 751.

8. Анашкина А.А., Туманян В.Г. Исследование доменной структуры глобулярных белков с помощью построения Вороного-Делоне. VIII международная конференция: образование, экология, экономика, информатика. Астрахань, Россия, сентябрь 15-20, 2003.

9. Анашкина А.А., Туманян В.Г. Исследование доменной структуры глобулярных белков с помощью построения Вороного-Делоне. 14-я Международная зимняя молодежная научная школа «Перспективные направления физикохимической биологии и биотехнологии», 11-15 февраля 2002 г.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»