TALE-БЕЛКИ И PRD/PAX-БЕЛКИ -ПРЕДСТАВИТЕЛИ СЕМЕЙСТВА ГОМЕОБЕЛКОВ: АНАЛИЗ И ХАРАКТЕРИСТИКА ВЫРАВНИВАНИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ Работу выполнили: А. Ю. Кузнецова Работу выполнили: А. Ю. Кузнецова Е. В. Мостовенко Е. В. Мостовенко Руководители: Андрей Владимирович Алексеевский Сергей Александрович Спирин 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 выявление особенностей последовательности и структуры гомеодоменов надсемейства TALE семейства PRD/PAX сравнительная характеристика этих групп сравнительная характеристика этих групп составление профиля надсемейства TALE составление профиля надсемейства TALE

Гомеодомены надсемейства TALE характеризуются наличием трёх дополнительных аминокислотных остатков между первой и второй альфа- спиралями 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 В каждом семействе выделены консервативные аминокислотные остатки Исходя из пространственных структур были определены функции этих остатков Исходя из пространственных структур были определены функции этих остатков Составлены таблицы характеристических для семейств консервативных остатков Составлены таблицы характеристических для семейств консервативных остатков

Сравнение консервативных позиций, совпадающих в обоих семействах Общих консервативных позиций для TALE и PRD оказалось 16. TALEPRD Различия возникают в: 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) степени консервати вности функци ональн ой роли 16Leu/Cys/MetfcHFLeu100HFX 20Phe/Leu/TrpfcHFPhe100HFX 28Glu/Gln/LysfcHPhil_outsideVal/Ile/AlafcWBrxX 31Lys/Arg95fHFLeu/ArgfcHFXx 34Leu95HFLeu/Ile/Val100fHFXX 35Ala/Val/LeufcHFAla/SerfcHFx 40Ile/Met/Leu95fHFLeu/Ile/Val/Met100fHFX 44Gln95DNAArg/GlnfcHFX 45 Leu/ Ile/Val 100fHFLeu/Ile/Val100fHF 47Asn/Leu/ThrfcDNALeu/Ile/Val95fDNAXx 48Trp100DNA/HFTrp100DNA/HF 49Phe95HFPhe95HF 51Asn95DNAAsn100DNAX 53Arg100DNA/Prot_contArg100DNA 54Lys/Arg/Ile95fDNAAla/ArgFcWBrxx 55Lys/Arg95fDNA Arg/Lys 100fotherXx

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 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 24Pro95Prot_cont 25Tyr100Prot_cont 26Pro95HF 27Thr/Ser95fHB-Ala30.N 38Thr/CysfcHF 50Gly/Ala/IlefcWBr

Характеристические аминокислотные остатки семейства PRD/PAX (по отношению к надсемейству TALE) Характеристические аминокислотные остатки семейства PRD/PAX (по отношению к надсемейству TALE) аминокислотный остаток степень консервативности функциональная роль 5Arg100DNA 6Thr95DNA 8Phe100HF 12Gln100HF 14Ile/Leu/Lys/Argfcother 17Glu100HF 18Arg/Lys/Glnfcother 22Arg/Lys/GlnfcHF 23Ser/Thr/Ala/GlyfcHF 32Glu/AlafcHPhil_outside 42Thr/GlufcHF 46Gln/LysfcWBr 52Arg/Lys95fHF 57Arg/Lys100fDNA

Построение профиля Созданы профили надсемейства TALE Созданы профили надсемейства TALE Cходство входной последовательности с данным семейством оценивается числом Nscore. Cходство входной последовательности с данным семейством оценивается числом Nscore. При выбранном пороге T последовательности, для которых Nscore>T, считаются принадлежащими семейству, а при NscoreT – не принадлежащими семейству. При выбранном пороге T последовательности, для которых Nscore>T, считаются принадлежащими семейству, а при NscoreT – 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 профиль семейства собственно TALE отнес к нему 356 последовательностей из банка SwissProt не найдено ни одной ошибки не найдено ни одной ошибки

профиль семейства Matα2 отнес к нему 38 последовательностей профиль семейства Matα2 отнес к нему 38 последовательностей ошибки: ошибки: одна последовательность, аннотированная как Matα2, имела Nscore

Распределение Nscore последовательностей по результатам поиска с помощью профиля по БД SwissProt для семейства собственно TALE (T=19) 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) 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 IroquoisArg-Lys-Asn PBXLeu-Ser-Asn Leu- Asn –Asn Ile-Asn-His TGIFArg-Tyr-AsnArg-Phe-LysArg-Phe-Arg KNOX[Tyr/Ser/Ile/Cys/Arg]-[Arg/Lys]-Trp MEISLeu-[Ser/Thr]-His Matα2Ile-Glu-Asn

Контакт между лейцином из вставки (позиция 23А) и пролином другого гомеобелка Контакт между лейцином из вставки (позиция 23А) и пролином другого гомеобелка Остатки вставки нумерованы как 23А, 23В, 23С

Помимо вставки между первой и второй альфа-спиралями характерен мотив Pro- Tyr-Pro (позиции ). 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 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 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. Построены профили, позволяющие детектировать на принадлежность к семействам собственно TALE или Matα2 входной последовательности. Построено филогенетическое дерево, отображающее дивергенцию семейств собственно TALE и Matα2 Построено филогенетическое дерево, отображающее дивергенцию семейств собственно TALE и Matα2

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!