Исследование структуры тРНК
В файле приведены координаты атомов следующих молекул:
тРНК, 1 молекула, содержащая 1 полинуклеотидную цепь B;
белок (глутаминил-тРНК-синтетаза), также 1 молекула, содержащая 1 аминокислотную цепь A.
Для исследования была выбрана цепь B, представляющая глутаминовую тРНК со следующей последовательностью:
[901] 5' - UGGGGUAUCGCCAAGCGGUAAGGCACCGGAUUCUGAUUCCGGCAUUCCGAGGUUCGAAUCCUCGUACCCCAGCCA - 3' [976],
На 3'-конце последовательности есть триплет CCA, к которому присоединяется аминокислота. В PDB-файле приведены координаты атомов этого триплета.акцепторный стебель состоит из участка 902-907 и комплементарного ему участка 966-971.
Т-стебель - из участка 949-953 и комплементарного ему участка 961-965;
D-стебель - из участка 910-912 и комплементарного ему участка 923-925;
антикодоновый стебель - из участка 926-933 и комплементарного ему участка 937-944;
На рисунке 1 приведено полученное 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 1QTQ.pdb | Скрипт для получения изображения | |
 |
define stem_acc 902-907:B,966-971:B define stem_d 910-912:B,923-925:B define stem_anti 926-933:B,937-944:B define stem_t 949-953:B,961-965:B background white restrict rna wireframe off backbone 100 color black select stem_acc color red select stem_d color blue select stem_anti color orange select stem_t color green |
Ни тимидина, ни дигидроуридинов структура не содержит. Вариабельная петля также отсутствует.
Структуру стеблевых дуплексов поддерживают 19 канонических и 9 неканонических пар оснований.
Список неканонических пар:
U954 - A958
U955 - G918
A937 - U933
U938 - U932
C940 - G930
C944 - A926
A913 - A945
A914 - U908
G915 - C948
Заметим, что среди неканонических пар есть, казалось бы, канонические (U - A и G - C). Тем не менее взаимодействия между этими основаниями не являются уотсон-криковскими (водородные связи между другими атомами).
Рис.2. Неканоническая пара A913 - A945
|
Антикодон
Исследуемая РНК осуществляет транспорт глутаминовой кислоты. Она кодируется двумя триплетами: CAA и CAG. Тогда возможные антикодоны - GUU и GUC. В антикодоновой петле исследуемой тРНК есть триплет GUC - это участок 934-936, представляющий собой антикодоновую петлю.
6 (0.004) B:.907_:[..A]Ax----U[..U]:.966_:B (0.002) | 7 (0.002) B:.949_:[..C]C-----G[..G]:.965_:B (0.003) |Значения площадей перекрывания для этих пар следующие:
step i1-i2 i1-j2 j1-i2 j1-j2 sum
6 AC/GU 2.22( 1.10) 0.00( 0.00) 0.00( 0.00) 5.96( 3.01) 8.18( 4.11)
Как видим, перекрывание довольно значительное, и стекинг-взаимодействие вполне может присутствовать. Это иллюстрирует изображение, полученное с помощью stack2img:
Рис.3. Возможное стекинг-взаимодействие между акцепторным и Т-стеблем
|
Аналогично рассмотрим вероятное взаимодействие между антикодоновым и D-стеблем.
Это позиции 944-910 и комплементарные им 926-925:
21 (0.005) B:.944_:[..C]Cx*---A[..A]:.926_:B (0.009) | 22 (0.005) B:.910_:[..G]G-----C[..C]:.925_:B (0.003) |Перекрывание мало:
step i1-i2 i1-j2 j1-i2 j1-j2 sum
21 CG/CA 0.00( 0.00) 0.00( 0.00) 0.00( 0.00) 0.94( 0.28) 0.95( 0.28)
Следовательно, вероятность стекинг-взаимодействия практически нулевая. Это подтверждает изображение:
Рис.4. Возможное стекинг-взаимодействие между антикодоновым и D-стеблем
|
2. Между основаниями D- и Т-петель есть две дополнительные водородные связи, одна из которых представляет собой каноническое взаимодействие (G919 - C956), другая - неканоническое (U955 - G918):
13 (0.004) B:.955_:[..U]Ux**+xG[..G]:.918_:B (0.013) x 28 (0.008) B:.919_:[..G]G-----C[..C]:.956_:B (0.003) +
Рис.5. Неканоническое взаимодействие U955 - G918
|
При стандартных установках программа не находила комплементарных пар, результат появилcя только при таких параметрах:
Gap penalty = 10
Minimum score threshold = 20
В результате был получен файл 1QTQ.inv. Найдено 7 комплементарных пар, в числе которых и 6 пар акцепторного ствола, найденных ранее при помощи find_pair. Первая пара из этих семи не была найдена find_pair, т.к. PDB-файл не содержит данных об этих позициях (по крайней мере, RasMol их не видит).
2. Предсказание вторичной структуры при помощи программы mfold
При параметрах, заданных по умолчанию (Р=5%), выдается только один вариант структуры, причем явно неверный. Правильно определены только D-стебель и D-петля:
При Р=10% программа выдает уже 2 варианта, но они тоже неверны (к предыдущему добавляется еще один, где неправильно определены даже D-структуры). Зато при Р=15% мы получим уже 4 варианта структуры, и один из них будет таким:
Как видно из рисунка, определяются уже все части вторичной структуры, причем канонические пары определяются так же, как и в find_pair, хоть и с небольшой разницей в нумерации. Эта разница объясняется тем, что некоторые позиции в файле 1QTQ.pdb (и, как следствие, в 1QTQ.out) не описаны. По той же причине mfold определил еще одно каноническое взаимодействие (U901 - A971), не описанное find_pair. Тем не менее, mfold не видит неканонических взаимодействий (на рисунке они отмечены зеленым).
Реальная и предсказанная вторичная структура тРНК из файла 1QTQ.pdb
| Участок структуры |
Позиции в структуре (по результатам find_pair) |
Результаты предсказания с помощью einverted |
Результаты предсказания по алгоритму Зукера |
| Акцепторный стебель | 5' 902-907 3' 5' 966-971 3' Всего 6 пар |
Предсказано 7 пар (6 из них присутствовали в файле 1QTQ.out) | Предсказано 7 пар (6 из них присутствовали в файле 1QTQ.out) |
| D-стебель | 5' 910-912 3' 5' 923-925 3' Всего 3 пары |
Предсказано 0 пар из 3 реальных | Предсказано 3 пары из 3 реальных |
| T-стебель | 5' 949-953 3' 5' 961-965 3' Всего 5 пар |
Предсказано 0 пар из 5 реальных | Предсказано 5 пар из 5 реальных |
| Антикодоновый стебель | 5' 926-933 3' 5' 937-944 3' Всего 8 пар |
Предсказано 0 пар из 8 реальных | Предсказано 5 пар из 8 реальных |
| Общее число канонических пар нуклеотидов | 19 | 7 | 20 |