Исследование структуры тРНК

Краткое описание структуры в файле 1n78.pdb

Важное примечание: в исходном файле комплекс белка и тРНК был представлен дважды. Поэтому для удобства работы я удалил цепь D тРНК и цепь B белка, которые были идентичны цепям C и A соответственно. Вся работа производилась с этим исправленным файлом, который мы теперь будем называть 1n78.pdb и "исходным".

В файле приведены координаты атомов следующих молекул:
1. GLUTAMYL-TRNA SYNTHETASE (Глутамил-тРНК синтетаза), одна цепь.
2. TRNA(GLU) (Глутаминовая тРНК), одна цепь.

Молекулы выделены из организма THERMUS THERMOPHILUS.
Для исследования была выбрана цепь А, представляющая глутаминовую тРНК со следующей последовательностью:


[501]5' - GGCCCCAUCGUCUAGCGGUUAGGACGCGGCCCUCUCAAGGCC
GAAACGGGGGUUCGAUUCCCCCUGGGGUCACCA - 3'[576],

где 501 и 576 - номера первого и последнего нуклеотидов.
В последовательности на 3'-конце есть триплет CCA, к которому присоединяется аминокислота. В файле PDB приведены координаты его атомов.

Исследование вторичной структуры

С помощью программы find_pair пакета 3DNA были определены возможные водородные связи между азотистыми основаниями (выходной файл программы - rna.fp). В соответствии с полученными данными:
акцепторный стебель состоит из участка 501-507 и комплементарного ему участка 572-566.
Т-стебель: 549-553 и 565-561.
D-стебель: 510-513 и 525-522.
антикодоновый стебель: 538-544 и 532-526.


Скрипт рядом с рисунком 1 получает в RasMol изображение остова исследуемой тРНК, где акцепторный стебель выделен красным, Т-стебель - зеленым, D-стебель - синим, антикодоновый - оранжевым.

Рис.1. Вторичная структура глутаминовой тРНК из 1n78.pdb

restrict none select all restrict nucleic select 501-507:C or 566-572:C color red select 549-553:C or 561-565:C color green select 510-513:C or 522-525:C color blue select 538-544:C or 526-532:C color orange select not(501-507:C or 566-572:C or 549-553:C or 561-565:C or 510-513:C or 522-525:C or 538-544:C or 526-532:C) color grey select nucleic backbone 100 В шарнирной модели в антикодоновой петле выделены нуклеотиды С534, U535 и С536, которые образуют антикодон CUC к кодону GAG глутаминовой кислоты.

Структуру стеблевых дуплексов поддерживают 19 канонических и 4 неканонические пары оснований.
Ниже приведено изображение неканонической пары из акцепторного стебля:


Рис. 2. Взаимодействие остатков U571 и G502

Другие характеристики данной тРНК:
а)Вариабельная петля отсутствует.
б)Тимидин в Т-петле отсутствует.
а)Дегидроуридин в D-петле отсутствует.


Исследование третичной структуры

1. Стекинг-взаимодействие возможно между основанием конца акцепторно стебля и начала Т-стебля, то есть пара A507 и U566 может взаимодействовать с парой G549 и С565. В пользу этого говорит состав структуры номер 8 из файла rna_old.out. Несмотря на относительно небольшую площадь перекрывания (2.56), стекинг-взаимодействие несомненно присутствует, что показано на рис. 3.


Рис. 3. Стекинг-взаимодействие ?8: AG/CU.

2. Среди пяти водородных взаимойдейсвий вне стеблей я выделил три, которые происходят между основаниями D- и Т-петель. Это пары нуклеотидов 554-558, 555-518, 519-556. Неканоническая среди них только одна - 555-518. Она представлена на рисунке 4.


Рис. 4. Взаимодейсвие неканонической пары 555-518.



Предсказание вторичной структуры тРНК

Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла XXXX.pdb

Участок структуры (расшифровку названий см. на рис. 2 в статье О.О.Фаворовой)	Позиции в структуре (по результатам find_pair)	Результаты предсказания с помощью einverted	Результаты предсказания по алгоритму Зукера
Акцепторный стебель	5' 501-507 3' 5' 566-572 3' Всего 7 пар	предсказано 5 пар из 7 реальных	предсказано 7 пар
D-стебель	5' 510-513 3' 5' 522-525 3' Всего 4 пары	предсказано 0 пар	предсказано 4 пары и одна лишняя
T-стебель	5' 549-553 3' 5' 561-565 3' Всего 5 пар	предсказано 0 пар	предсказано 4 пары и одна лишняя
Антикодоновый стебель	5' 538-544 3' 5' 526-532 3' Всего 7 пар	предсказано 5 пар	предсказано 5 пар
Общее число канонических пар нуклеотидов	19	предсказано 10 канонич. пар	предсказано 17 канонич. пар


Программа einverted сумела частично предсказать акцепторный и антикодоновый стебли. При стандартных значениях параметров не было найдено ни одной пары, лишь уменьшение "Minimum score threshold" до минимального значения "0" (отрицательные значения дела не меняли) и параметра "gap penalty" до значения "4" привели к вышеуказанному результату. Дальнейшее снижение "gap penalty" приводило к огромному количеству лишних пар, разумных же результатов не добавлялось. Манипуляции с параметрами Match и Mismatch также не принесли ничего полезного.

Предсказание по алгоритму Зукера дало гораздо лучшие результаты. Самое удачное предсказание (рис. 5) было сделано при запуске программы без заданных параметров, увеличение параметра "Р" принесло много интересных структур, но от реальности они были далеки.


Рис. 5. Самое удачное предсказание по алгоритму Зукера


Краткий вывод: Программа einverted, скорее всего, предназначена для работы в первую очередь с ДНК (это видно хотя бы по замене урацилов на тимины), для тРНК же результаты лишь местами напоминают истинное строение молекулы. Алгоритм Зукера проявил себя лучше, сразу предсказав практически правильную структуру.