TALE-БЕЛКИ И PRD/PAX-БЕЛКИ -ПРЕДСТАВИТЕЛИ

TALE-БЕЛКИ И PRD/PAX-БЕЛКИ
-ПРЕДСТАВИТЕЛИ СЕМЕЙСТВА
ГОМЕОБЕЛКОВ:
АНАЛИЗ И ХАРАКТЕРИСТИКА
ВЫРАВНИВАНИЯ И
ПРОСТРАНСТВЕННОЙ
СТРУКТУРЫ
Работу выполнили: А. Ю. Кузнецова
Е. В. Мостовенко
Руководители: Андрей Владимирович Алексеевский
Сергей Александрович Спирин
Гомеобелки - это большой класс белков, в
составе которых есть гомеодомен, один из
видов ДНК-узнающих доменов эукариот.
Пространственное расположение
гомеодомена и ДНК
Гомеодомен получил своё название от
кодирующей его консервативной
нуклеотидной последовательности гомеобокса, обнаруженной в
гомеозисных генах Drosophila
melanogaster.
Типичные гомеодомены состоят из 60
аминокислотных остатков.
Многие гомеобелки являются важными
факторами транскрипции эукариот
In vivo образуются комплексы, состоящие
из гомеобелков и других
транскрипционных факторов
Гомеодомены представлены у эукариот в
сотнях генов генома, у прокариот не
идентифицированы
Выделяют от 8 до 25 семейств гомеодоменов
Цель работы
 выявление особенностей
последовательности и структуры
гомеодоменов надсемейства TALE
семейства PRD/PAX
 сравнительная характеристика этих
групп
 составление профиля надсемейства
TALE
Гомеодомены надсемейства TALE
характеризуются наличием трёх
дополнительных аминокислотных
остатков между первой и второй альфаспиралями
Отсюда их название - Three Amino acid
Loop Extension
Вставка из трёх аминокислотных
остатков в надсемействе TALE
Белки семейства PRD/PAX используют для
контакта с ДНК два ДНК-связывающих
домена
Слово “paired” появилось из названия
одного из генов Drosophila – гена,
«ответственного» за парную сегментацию
К семейству гомеодоменов PRD/PAX
относят также все гомеодомены, сходные
по последовательности с гомеодоменом PRD
Анализ выравниваний и
пространственных структур
 В каждом семействе выделены
консервативные аминокислотные остатки
 Исходя из пространственных структур
были определены функции этих остатков
 Составлены таблицы
характеристических для семейств
консервативных остатков
Сравнение консервативных позиций,
совпадающих в обоих семействах
Общих консервативных позиций для TALE и PRD оказалось 16.
№
TALE
Различия возникают в:
PRD
аминокисло
тный
остаток
степень
консервати
вности
функциональ
ная роль
аминокислот
ный остаток
степень
консерва
тивности
функци
ональн
ая
роль
остатке (в том числе
частичное
несовпадение
набора остатков)
16
Leu/Cys/Met
fc
HF
Leu
100
HF
X
20
Phe/Leu/Trp
fc
HF
Phe
100
HF
X
28
Glu/Gln/Lys
fc
HPhil_outside
Val/Ile/Ala
fc
WBr
x
31
Lys/Arg
95f
HF
Leu/Arg
fc
HF
X
x
34
Leu
95
HF
Leu/Ile/Val
100f
HF
X
X
35
Ala/Val/Leu
fc
HF
Ala/Ser
fc
HF
x
40
Ile/Met/Leu
95f
HF
Leu/Ile/Val/Met
100f
HF
X
44
Gln
95
DNA
Arg/Gln
fc
HF
X
45
Leu/ Ile/Val
100f
HF
Leu/Ile/Val
100f
HF
47
Asn/Leu/Thr
fc
DNA
Leu/Ile/Val
95f
DNA
48
Trp
100
DNA/HF
Trp
100
DNA/HF
49
Phe
95
HF
Phe
95
HF
51
Asn
95
DNA
Asn
100
DNA
53
Arg
100
DNA/Prot_cont
Arg
100
DNA
54
Lys/Arg/Ile
95f
DNA
Ala/Arg
Fc
WBr
55
Lys/Arg
95f
DNA
Arg/Lys
100f
other
X
степени
консервати
вности
функци
ональн
ой
роли
X
x
X
x
x
X
x
Водородная связь боковой цепи
Trp48 c кислородом фосфатной
группы ДНК
Гидрофобное ядро гомеодоменов
Аминокислотные
остатки в позициях
8, 16, 20, 26, 31, 34,
40, 44, 48, 52, 45,
49 участвуют в
образовании
консервативного
гидрофобного ядра
всех гомеодоменов
Характеристические аминокислотные остатки
надсемейства TALE (по отношению к семейству
PRD/PAX)
№ аминокислотный
остаток
степень
консервативности
функциональная
роль
19
Tyr/Trp/His
95f
HF
24
Pro
95
Prot_cont
25
Tyr
100
Prot_cont
26
Pro
95
HF
27
Thr/Ser
95f
HB-Ala30.N
38
Thr/Cys
fc
HF
50
Gly/Ala/Ile
fc
WBr
Характеристические аминокислотные остатки семейства
PRD/PAX (по отношению к надсемейству TALE)
№
аминокислотный
остаток
степень консервативности
функциональная роль
5
Arg
100
DNA
6
Thr
95
DNA
8
Phe
100
HF
12
Gln
100
HF
14
Ile/Leu/Lys/Arg
fc
other
17
Glu
100
HF
18
Arg/Lys/Gln
fc
other
22
Arg/Lys/Gln
fc
HF
23
Ser/Thr/Ala/Gly
fc
HF
32
Glu/Ala
fc
HPhil_outside
42
Thr/Glu
fc
HF
46
Gln/Lys
fc
WBr
52
Arg/Lys
95f
HF
57
Arg/Lys
100f
DNA
Построение профиля
Созданы профили надсемейства TALE
Cходство входной последовательности с
данным семейством оценивается числом
Nscore.
При выбранном пороге T
последовательности, для которых
Nscore>T, считаются принадлежащими
семейству, а при Nscore≤T – не
принадлежащими семейству.
После первой итерации оказалось
целесообразным разделить
надсемейство TALE на семейства
Matα2 и собственно TALE
Причина – бóльшая консервативность
аминокислотных остатков в пределах
семейства Matα2 и собственно TALE
Результаты скрининга банка
SwissProt:
 профиль семейства собственно TALE
отнес к нему 356 последовательностей
из банка SwissProt
 не найдено ни одной ошибки
 профиль семейства Matα2 отнес к
нему 38 последовательностей
 ошибки:
• одна последовательность,
аннотированная как Matα2, имела
Nscore<T
• для двух последовательностей
гомеодоменов аннотация не позволила
идентифицировать принадлежность/не
принадлежность семейству
Распределение Nscore
последовательностей
по результатам
поиска с помощью
профиля по БД
SwissProt для
семейства собственно
TALE (T=19)
Распределение
Nscore
последовательнос
тей по
результатам
поиска с
помощью
профиля по БД
SwissProt для
семейства Matα2
(T=15)
Филогенетическое дерево
Анализ вставки и ее возможные роли в
гомеодоменах надсемейства TALE
Группа
Аминокислотные остатоки вставки
Iroquois
Arg-Lys-Asn
PBX
Leu-Ser-Asn
Leu- Asn –Asn
Ile-Asn-His
TGIF
Arg-Tyr-Asn
Arg-Phe-Lys
Arg-Phe-Arg
KNOX
[Tyr/Ser/Ile/Cys/Arg]-[Arg/Lys]-Trp
MEIS
Leu-[Ser/Thr]-His
Matα2
Ile-Glu-Asn
Остатки вставки нумерованы как 23А, 23В, 23С
Контакт между
лейцином из
вставки (позиция
23А) и пролином
другого гомеобелка
Помимо вставки между первой и второй
альфа-спиралями характерен мотив ProTyr-Pro (позиции 24-25-26).
Мотив следует сразу за вставкой. Этот
мотив также участвует во
взаимодействии с другим белком –
гомеодоменом семейства HOX
Структура вставки и мотива Pro-Tyr-Pro
а)
б)
в)
а) Гидрофобные контакты: аланин (30 позиция) пролин (26 позиция) и лейцин (позиция 23А)- пролин
(24 позиция).
б) Гидрофобный контакт тирозин (25 позиция) аспарагин (позиция 23С).
в) Водородная связь между серином (27 позиция) и
аланином (30 позиция).
Выводы
 Выявлены консервативные
аминокислотные остатки в двух
семействах гомеодоменов, и
описана их вероятная
функциональная роль
 Выдвинута гипотеза, позволяющая
объяснить консервативность мотива
Pro-Tyr-Pro в надсемействе TALE
 Построены профили, позволяющие
детектировать на принадлежность к
семействам собственно TALE или
Matα2 входной последовательности.
 Построено филогенетическое дерево,
отображающее дивергенцию семейств
собственно TALE и Matα2
СПАСИБО ЗА
ВНИМАНИЕ!