Пространственное выравнивание и совмещение

Совмещение доменов белков в PyMOL

Работа с записями PDB 1HY0 и 1I0A.

С помощью сервиса CATH были определены домены цепей A из обеих записей. Они состоят из остатков одинаковых номеров:

1. 27 - 123, 195 - 234
2. 124 - 194, 235 - 364, 437 - 463
3. 365 - 436

Затем было сделано совмещение доменов с помощью команды align в PyMOL ( цепь из 1I0A синяя, цепь из 1HY0 зеленая).

1. RMSD = 0.371

   

2. RMSD = 0.409

   

3. RMSD = 0.527

   

Данные пептидные цепи имеют сходную структуру, поэтому мы видим хорошие совмещения доменов с очень хорошими значениями RSMD. При совмещении вторых доменов, неплохо накладываются и полные структуры, но при совмещении первого и третьего доменов, оставшаяся часть структуры довольно сильно расходится.

Построение структурного выравнивания

Работа с записями PDB 1AKH и 1W0T.

Программой PDBeFOLD (она же SSM) было построенно структурное выравнивание цепи A из 1AKH и цепи A из 1W0T - ssm.fasta.

По данному выравниванию с помощью сервиса Geometrical core было найдено геометрическое ядро с порогом 2 Å. Но на вход подадим выравнивание с измененными названиями последовательснотей (в соответствии с требованиями сервиса) - gc.fasta.

Pos.	1AKH_A	1W0T_A
11	ALA83	LYS389
12	PHE84	ASN390
13	LEU85	LEU391
15	GLU87	SER393
28	LYS100	TRP403
29	GLU101	SER404
30	GLU102	LYS405
31	VAL103	ILE406
41	THR110	THR416
42	PRO111	SER417
43	LEU112	VAL418
44	GLN113	MET419
45	VAL114	LEU420
46	ARG115	LYS421
47	VAL116	ASP422
48	TRP117	ARG423
49	PHE118	TRP424
50	ILE119	ARG425
51	ASN120	THR426
52	LYS121	MET427
53	ARG122	LYS428
54	MET123	LYS429
55	ARG124	LEU430

И, наконец, совмещение в PyMOL командой pair_fit структуры по CA-атомам, входящим в геометрическое ядро( цепь из 1W0T синяя либо голубая, цепь из 1AKH зеленая).

Скрипт gc.pml.

RMSD = 0.865

Значение RMSD очень хорошее, что говорит об удачном выравнивании структур.

Результат команды align на полных цепях:

RMSD = 6.198

Такое высокое значение RMSD говорит о том, что совмещение очень плохое, а выравнивание не имеет никакого биологического смысла. Это сильно уступает по качеству предыдущему выравниванию.

Результат экспериментальной команды super:

RMSD = 2.186

Удовлетворительное значение RMSD, хотя и не слишком хорошее. Картинка похожа на картинку первого выравнивания. Странно, что программа оказалась довольна близка к качеству первого выравнивания, но так и не достигла того же значения RMSD, ведь незначительными движениями можно свести данное выравнивание к первому.

Сравнение подходов:
Программа SSM в данном случае выдает выравнивание высокого качества, так как ее работа основана на сопоставлении вторичных структур, а данные белки, как видно по изображениям, имеют одну топологию. А команда pair_fir наилучшим образом совмещает необходимые остатки (выделенные, с помощью сервиса Geometrical core).

Команда super справилась примерно так же, как и SSM. Известно лишь, что она использует не зависимый от последовательности, основанный на структурах алгоритм.

Команда align не справилась с пространственным выравниванием, так как ее работа основана на выравнивании последовательностей, на котором базируется совмещение структур. В данном случае выравнивание последовательностей получилось следующим (программой needle):

1AKH-A     1 ISPQARAFLEEVFRRKQSLNSKEKEEVAKKCGITPLQVRVWFINKRMRS-     49
                                             ..|..:|..:|.:|| 
1W0T-A     1 ----------------------------------KRQAWLWEEDKNLRSG     16

1AKH-A    49 ------------------------------------     49
                                               
1W0T-A    17 VRKYGEGNWSKILLHYKFNNRTSVMLKDRWRTMKKL     52

Очевидно, совмещение структур, основанное на таком выравнивании, никак не может получится похожим на хорошие совмещения, созданные двумя предыдущими методами.