Исследование ДНК-белковых взаимодействий в структуре комплекса рецептора ретиноевой кислоты и фрагмента молекулы ДНК

Краткое описание структуры в файле 1BY4.pdb

Polymer: 1 Molecule: DNA (5'-D(*C*TP*AP*GP*GP*TP*CP*AP*AP*AP*GP*GP*TP*CP*AP*G)-3') Chains: E,G

Polymer: 2 Molecule: DNA (5'-D(*CP*TP*GP*AP*CP*CP*TP*TP*TP*GP*AP*CP*CP*TP*A)-3') Chains: F,H

Polymer: 3 Molecule: PROTEIN (RETINOIC ACID RECEPTOR RXR-ALPHA) Chains: A,B,C,D

Для исследования были выбраны цепь B белка и цепи E, F, G, H, представляющие ДНК, со следующими последовательностями:

>1BY4:B|PDBID|CHAIN|SEQUENCE

GSFTKHICAICGDRSSGKHYGVYSCEGCKGFFKRTVRKDLTYTCRDNKDCLIDKRQRNRCQYCRYQKCLAMGMKREAVQE ER

цепь F [1531] 5' -ctgacctttgaccta - 3' [1545] 
                  |||||||||||||||  
цепь E [1509] 3' -gactggaaactggatc - 5' [1495] 
    

 цепь G [2494] 5' -ctaggtcaaaggtcag - 3' [2509],   
                    |||||||||||||||  
цепь H [2545] 3'  - atccagtttccagtc - 5' [2531],
    

Функции белка: Ядерный рецептор гормонов. Вовлечен в ответ ретиноевой кислоты. Связывается с 9-цис ретиноевой кислотой. ARF6 работает как ключевой регулятор энхансера адипоцитного P2.

*Энхансер - регуляторный участок ДНК, усиливающий транскрипцию с ближайшего к нему промотора.

*Адипоцит - клетка из которой в основном образуется жировая ткань. Адипоциты участвуют в жировом обмене, обладают способностью накопливать жиры, которые в дальнейшем используется организмом для выработки энергии.Ген аР2 кодирует внутриклеточный липид-связывающий белок и экспрессируется исключительно в клетках жировой ткани.

Иследование структуры ДНК

ДНК-белковые контакты в заданной структуре.

Контакты разного типа в комплексе 1BY4.pdb

Наибольшее число контактов обнаружено с статками фосфорной кислоты. Мне кажется, это можно объяснить тем, что атомы данного множества расположены на внешней стороне молекулы ДНК, т.е. легко доступны для взаимодействий с атомами белка.

Чуть меньше контактов с атомами дезоксирибозы. Она так же расположена по бокам молекулы, но чуть дальше от белка и как бы "прикрыта" атомами остатков фосфорной кислоты.

Если сравнивать взаимодействия белка с атомами большой и малой бороздок ДНК, то относительно много контактов (как полярных, так и неполярных) обнаружено со стороны большой бороздки, в то время как совсем не обнаржено контактов с остатками азотистых оснований со стороны малой бороздки. Это можно объяснить тем, что со стороны большой бороздки хорошо различимы как пары AT-GC, так и расположение каждого отдельного нулеотида на той или иной цепи. Это обусловлено определенным расположением доноров и акцепторов водорода в молекулах. Также большая бороздка довольна глубокая, поэтому в нее входит большое число атомов белка, т.е. вероятность распознавания выше.

В целом количество контактов не слишком большое, я думаю, это объясняется тем, что для исследования была взята лишь 1 цепь белка, которая не слишком большая, поэтому взаимодействует с небольшой площадью молекулы ДНК.

Получение популярной схемы ДНК-белковых контактов с помощью nucplot.

Для получения данной схемы была использована команда:

nucplot 1BY4_old.pdb

Таким образом, можно сделать вывод о том, что "кривизна" нуклеотида и его связь с белком не находятся между собой в прямой зависмости, т.е. не факт, что если конформация нуклеотида сильно изменена, то это напрямую зависит от контактов его с белком. Так, например, самый "кривой" по подсчетам нуклеотид, согласно nucplot не имеет ни 1 контакта с белком. Рассмотрим, например, нуклеотиды, отклонение торсионных углов которых превышает по таблице расчетов значение 500. Из 7 выбранных нуклеотдов 6 не имеют никаких контактов с белком (согласно данным nucplot). Но с другой стороны 7 нуклеотид данной выборки имеет сразу 5 контактов с белком. Плюс к этому соседние с ним нуклеотиды обильно контактируют с белком. Таким образом, можно сделать вывод о том, что контакты с белком являются лишь одним из факторов, влияющих на конформацию нуклеотидов. Сравнивая результаты, полученные с помощью программы nucplot и результаты, полученные о контактах белка и ДНК в RasMol, нетрудно заметить, что они не совпадают. По данным nucplot в данном комплексе присутствует 1 контакт между белком и дезоксирибозой, 16 контактов между белком и остатками фосфорной кислоты и всего 4 контакта между атомами азотистых оснований и атомами ДНК. Возможно, это объясняется различным понятием и алгоритмом определения контактов в этих случаях, к примеру установленным расстоянием между атомами, считающимися контактирующими, или какие-либо другие параметры.

Мне кажется, что хорошими кандидатами на роль распознающих контактов являются 2 пары взаимодействующих аминокислоты и азотистого основания. При выборе распознающего контатка, я искала взаимодействие между аминокислотой и азотисным основанием, расположенное в месте сгущения взаимодействий аминокислот белка с сахарофосфатным остовом ДНК. На рисунке слева изображена первая пара - возможный распознающий контакт: лизин 1256 и гуанин 1504.

Второй парой, которая может являться распознающим контактом, является аргинин 1261 и гуанин 1533 (рисунок слева).

Характеристика ДНК-связывающего домена RXRA_HUMAN.

С помощью инструменов Pfam была определена структура белка исследуемого комплекса. Ее изображение приведено на рисунке слева.

Полное название домена:Цинковый палец,тип C4 (два домена).