Мутации и отбор Сегодня основное внимание уделим отбору

Мутации белка – следствия мутаций кодирующей последовательности его ген Каким может быть результат для последовательности белка?

Эффект мутации CDS Мутация CDS Результат для аминокислотной последовательности Замена одного нуклеотида 1. Нет эффекта (синонимическая мутация) 2. Замена одного остатка на другой 3. Укорочение полипептида: замена на стоп-кодон 4. Удлинение полипептида: потеря стоп-кодона Делеция или вставка нуклеотидов в числе не кратном 3 Непредсказуемое изменение аминокислотной последовательности C-концевой части полипептида Делеция нуклеотидов в числе кратном 3 Делеция одного или нескольких остатков Вставка нуклеотидов в числе кратном 3 Вставка одного или нескольких остатков Делеция одного нуклеотида и, через несколько нуклеотидов, вставка одного нуклеотида Непредсказуемое изменение последовательности на участке между делецией и вставкой Другие варианты……..

Какие мутации CDS чаще всего сохраняются у потомков? Синонимические мутации

Кодирующая последовательность белка VP3 полиовируса

T(U)CAG TTT Phe TTC Phe TTA Leu TTG Leu TCT Ser TCC Ser TCA Ser TCG Ser TAT Tyr TAC Tyr TAA Stop TAG Stop TGT Cys TGC Cys TGA Stop TGG Trp CСTT Leu СTC Leu СTA Leu СTG Leu CCT Pro CCC Pro CCA Pro CCG Pro CAT His CAC His CAA Gln CAG Gln CGT Arg CGC Arg CGA Arg CGG Arg AATT Ile ATC Ile ATA Ile ATG Met ACT Thr ACC Thr ACA Thr ACG Thr AAT Asn AAC Asn AAA Lys AAG Lys AGT Ser AGC Ser AGA Arg AGG Arg GGTT Val GTC Val GTA Val GTG Val GCT Ala GCC Ala GCA Ala GCG Ala GAT Asp GAC Asp GAA Glu GAG Glu GGT Gly GGC Gly GGA Gly GGG Gly Стандартная таблица генетического кода

Какие мутации CDS реже всего сохраняются у потомков? Мутации аминокислотных остатков, ответственных за функцию или структуру белка

Выживет ли бакетрия с мутацией Asp339Ala в этом белке? Имя атома контакт а Имя контакт ирующег о атома белка Расс тоян ие в Å Предполож ительная природа контакта Са 2+Gln272:A.OE1 2.31Электроста тическое взаимодейс твие? Са 2+Asp339:A.OD2 2.51Электроста тическое взаимодейс твие Братцева Аня

Предложите мутации Asp339 (возможно, одновременно с другой мутацией), которые имеют шансы на выживание

Контакты с лигандом в yqjM_BACSU. Исследуемый объект - флавиномононуклеотид (FMN). Ярахмедов Турал Имя атома контакта Имя контактиру ющего атома белка Рассто яние в Å Предположител ьная природа контакта FMN1500A.O 2 HIS164A.R (ND1) (заряженный радикал гистидина) 3,37Электростатичес кое взаимодействие? HIS167A.R (NE2) 3,73 GLN102A.NE 2 [N-H] 2,79Водородные связи? ARG215A.N H1 [N-H] 2,90 FMN1500A.O 3' 3,02 FMN1500A.O 1P ARG308A.N H2 [N-H] 2,82 FMN1500A.O 2' ARG215A.N H1 [N-H] 3,19 FMN1500A.O 4 CYS26A.SG [S-H] 3,17

Контакты ионa марганца с белком MNTR_BACSU. Евсютина Даша. Имя атома контакта Имя контактиру ющего атома белка Рассто яние в Å Предположител ьная природа контакта Ион марганца Glu99.OE13.725Электростатичес кое взаимодействие? Иoн марганца Glu99.OE22.19Электростатичес кое взаимодействие? Ион марганца Glu102.OE22.254Электростатичес кое взаимодействие? Ион марганца Glu102.OE12.572Электростатичес кое взаимодействие? Ион марганца Glu11.OE13.196Электростатичес кое взаимодействие? Ион марганца Glu11.OE22.192Электростатичес кое взаимодействие

Мутации остатков, важных для правильной укладки полипептидной цепи

Phe49 – основа гидрофобного ядра гомеодомена

Какие шансы выжить делециям и вставкам? Делеция/вставка в альфа-спирали

Гомеодомен – регулятор транскрипции эукариот

Остатки спирали, смотрящие внутрь – гидрофобны (зеленые). Остатки, смотрящие наружу, - полярны и образуют водородные связи с ДНК

Что произойдет со спиралью белком при делеции фиолетового остатка?

Делеция/вставка в петле (порины)

Вывод Делеции/вставки в середине альфа- спирали имеют крайне мало шансоввыжить То же относится и к бета-тяжам Наиболее вероятны делеции и вставки в петлях между элементами вторичной структуры белка

Функциональное выравнивание: совмещение остовов полипептидных цепей Соответствие эволюционного и функционального выравниваний Укладка консервативней последовательности!

Аминокислотные остатки помещают в одну колонку выравнивания если они происходят от одного предкового остатка последовательности белка – общего предка (эволюция) их C_alpha атомы находятся в участках полипептидной цепи сходной конформации (структура) играют сходную роль в белке (функция)

Проблема выравнивания Мы наблюдаем только потомков общего предка, а самого предка не знаем Структуры известны менее, чем для 1% белков Угадывать правильное выравнивание приходится по последовательности. Гомология белков Структура гомолога нам поможет! Мы должны отличать участки где выравнивание правдоподобно от участков где выравнивания на самом деле нет, или оно не может быть обосновано сходством последовательностей или структур

Правильно ли выровнены последовательности?

Какое выравниваниеправильнее? 13 консервативных остатков 12 консервативных остатков

Множественное выравнивание гомеодоменов Красным выделены консервативные (одинаковые у всех) остатки; желтым – на 80% консервативные (одинаковые почти у всех) остатки Красным выделены консервативные и функционально консервативные остатки

Пространственное совмещение полипептидных цепей белков mta1_yeast и mat2_yeast На плоской картинке видно плохо

Совмещение структур и выравнивание последовательностей

Случайное совпадение C_alpha атомов в пространстве

Аминокислотные остатки в одной колонке биологически обоснованного выравнивания, как правило, произошли из одного и того же остатка - их общего предка Кроме случаев лабораторного генно-инженерного мутагенеза это трудно проверить экспериментально!

ПРОБЛЕМА: как построитьправильное выравнивание последовательностей белков если структуры белков неизвестны?

Острота проблемы вытекает из статистики: На сегодня известны: последовательности примерно 10 млн белков (большинство – гипотетические, как белок из записи Q9ZWN8_CERRI ) пространственные структуры около 60 тыс. белков

Алгоритмические решения проблемы воплощены в программах Программы выравнивания последовательностей тестируются путем сравнения с биологически обоснованными – построенными по совмещению структур – выравниваниями Существуют базы данных структурных выравниваний последовательностей (BAliBAse и др.)

Предположим, известны структуры родственных белков и, значит, биологически обоснованное выравнивание последовательностей При > 60% совпадающих букв любая современная программа даст (почти) правильный результат При < 20% совпадающих букв (такие примеры существуют) ни одна программа не даст правильного выравнивания Между 20% и 60%, обычно, результат программы частично правилен

(*) Справедливы ли положения с предыдущего слайда для выравнивания последовательностей ДНК? последовательностей РНК?

Итак, биологический смысл выравнивания последовательностей белков С α атомы остатков в одной колонке обоснованного выравнивания примерно одинаково расположены в структурах белков (с оговорками из-за возможных изменений конформации белка в процессе его функционирования) В части столбцов остатки всех белков имеют сходные функции Остатки из одной колонки обоснованного выравнивания, скорее всего, произошли от одного остатка общего предка белков