Понятие (множественного) выравнивания

Понятие(множественного)

выравниванияФББ МГУ, 2014г.

Аксянов Е.А.

Выравнивания – 2014 2

• Что такое выравнивание?


Дано 4 последовательностиНайти общие мотивы

VLSGGTTMYPGIADRMQKEITALAPSTMKIKIIAPPERKYSVWIGGSILAVLSGGSTMFPGIVDRMNKELTALAPSTMKIKIIAPPERKYSVWIGGSILAVLSGGSTMFPGIADRMSKEISALAPSSMKIKVVAPPERKYSVWIGGSILAVLSGGSTMYPGLPSRLERELKQLYLERVLKGDVDKLSKFKIRIEDPPRRKHMVFLGGAVLA







Дано 4 последовательностиНайти общие мотивы

VLSGGTTMYPGIADRMQKEITAL APSTMKIKIIAPPERKYSVWIGGSILAVLSGGSTMFPGIVDRMNKELTAL APSTMKIKIIAPPERKYSVWIGGSILAVLSGGSTMFPGIADRMSKEISAL APSSMKIKVVAPPERKYSVWIGGSILAVLSGGSTMYPGLPSRLERELKQLYLERVLKGDVDKLSKFKIRIEDPPRRKHMVFLGGAVLA




ВНИМАНИЕ: в белке разрывов нет, нарисованное тут пустое

место – это на самом деле пептидная связь!


Выравнивание – это способ изобразить

предполагаемое сходство последовательностей


• Что такое выравнивание?• В чем биологический смысл выравнивания и

отдельных его элементов?


VLSGGTTMYPGIADRMQKEITAL-----------APSTMKIKIIAPPERKYSVWIGGSILAVLSGGSTMFPGIVDRMNKELTAL-----------APSTMKIKIIAPPERKYSVWIGGSILAVLSGGSTMFPGIADRMSKEISAL-----------APSSMKIKVVAPPERKYSVWIGGSILAVLSGGSTMYPGLPSRLERELKQLYLERVLKGDVDKLSKFKIRIEDPPRRKHMVFLGGAVLA

Может ли такое сходство быть результатом случайности?

LNAMVLVATLRYKKLRQPLNYILVNVSFGGFLLCIFSVFPVFVASCN LNAMVLVATLRYKKLRQPLNYILVNVSFGGFLLCIFSVFPVFVASCN

Биологический смысл выравнивания


Возьмем из банка первуюпопавшуюся последовательность ...




Возьмем из банка вторуюпопавшуюся последовательность ...

CIIVVLQSKNSDIYMTVKEQSDIVHGIMSQCVLMKNVSRPCIIVVLQSKNSDIYMTVKEQSDIVHGIMSQCVLMKNVSRP





НЕТ! Можно повторить этот опыт со многими последовательностями, и почти нигде мы не найдем таких мотивов.

Это ЖЖЖ неспроста!




Сходство последовательностей обычно свидетельствует об общности происхождения – гомологии. Все эти последовательности – гомологи, – то есть все они произошли от общего предка.

Можете предположить последовательность предка?

VLSGGSTM?PGI?DRM?KE??Alтут_ничего_не_было...




Вообще говоря, судить об общем предке по 4м последовательностям нельзя. Но если взять много гомологичных последовательностей, то наши суждения будут надежнее!






Идентичные аминокислоты(тут замен, наверное, не было)

Похожие участки(в некоторых

позициях были замены)

Гэп (gap), то естьпептидная связь!(тут были вставки

или делеции)



Если взять много гомологичных последовательностей, то наши суждения будут надежнее!

Консервативные участки – это те, которые не изменились (или мало изменились – зависит от определения) в ходе эволюции.




Неконсервативные участки менялись быстрее.


Гэпы соотвествуют вставкам или делециям (инделям). Не всегда можно уверенно сказать, чему именно.


Участки выравнивания,где много совпадений

соответствуют консервативным

(медленно эволюционирующим)

участкам последовательностей


Совпадение (match) аминокислот может

означать, что в данной позиции сохранилась

предковая последовательность


Несовпадение (mismatch) аминокислот может

означать, что в данной позиции произошли

замены


Гэпы соответствуют вставкам или делециям (вместе они называются

инделями)



отдельных его элементов?• Как изобразить выравнивание?


Обычно выравнивание выглядит так

Раскраска – BLOSUM62


Или так …

Раскраска – ClustalX


Или так …

~1400 последовательностей, - почти в каждой позиции найдется какая-нибудь вставка хотя бы в одной

последовательности


LOGO и консенсус

RqdIAxxlGlTrETVsRxLxБольшие буквы – почти консервативные позиции, Маленькие – менее консервативные позиции,х – неконсервативная позиция

(Эти обозначения в разных программах могут отличаться)


Существуют разные способы изображения

выравнивания – различные раскраски,

консенсусные последовательности, LOGO



отдельных его элементов?• Как изобразить выравнивание?• Что такое достоверное и недостоверное

выравнивание?


Пример хорошего выравнивания


Пример плохого выравнивания


Некоторые участки выравниваются хорошо, другие - плохо


Выравнивание - описание того, каким образом похожи друг на друга

гомологичные последовательности

Эти аминокислоты навернякапроизошли от одной предковой




И эти тоже




А эти – вряд ли. Почему?




Ответ: участки выравнивания (не отдельные колонки), со значительным сходством свидетельствуют об общности

происхождения


Выравнивание или его участок, на котором много гэпов и мало совпадений

не имеет никакого биологического смысла


Участки с большим количеством совпадений и маленьким числом гэпов соответствуют гомологии

между участками последовательностей


В таких участках консервативные колонки соответствуют гомологии

между буквами




выравнивание?• Что свидетельствует о гомологии целых

последовательностей, отдельных участков и аминокислот?


Гомология целых последовательностей, отдельных участков и аминокислот

БлокиБлок?Есть гомология

между буквами

КластерЕсть гомология

между участками



Тут гомологичны некоторые, но не все последовательности



1. Последовательности гомологичны целиком, т.к. есть относительно неплохое выравнивание по всей длине последовательностей.

2. Есть блоки без гэпов и высоким процентом консервативных позиций – там можно говорить о гомологии между отдельными аминокислотами. В том числе о гомологии между аминокислотам в неконсервативных позициях!

3. Есть короткие участки с гэпами между блоками. Можно говорить о гомологии между короткими фрагментами и длинными кластерами блоков.

4. Некоторые участки части последовательностей могут быть гомологичны, даже есть на данном участке выравнивания нет гомологии между всеми последовательностями.


Три причины, по которым можно сделать вывод об общности происхождения участков из двух разных последовательностей:

1. Эти участки формируют консервативный блок в выравнивании.

2. Эти участки небольшого размера находятся между двумя консервативными блоками.

3. Это длинные участки, где наблюдается значительное сходство между этими двумя последовательностями




Еще раз: совпадение отдельных букв может быть (и, скорее всего, является) случайностью. А вот совпадение или значительное сходство мотивов из 5-10 аминокислот (тем более, - протяженных доменов, длиной в десятки или сотни а.к.) не может объясняться случайными причинами.

Ищите в выравнивании длинных похожие участки. Выравнивание между ними имеет биологический смысл.

Выравнивание, где сходства между длинными участками нет, бессмысленно.


Выравнивания. Термины• Выравнивание – сопоставление аминокислот из разных

последовательностей.• Колонка, последовательность.• Гомология – общность происхождения. Если

выравнивание построено правильно, то аминокислоты, расположенные в одной колонке, гомологичны.

• Консервативность – сильное сходство между последовательностями.

• Гэп – условное обозначение для всятавки или делеции. Никакого разрыва полипептидной цепи в последовательности, конечно, нет.

• Позиция в выравнивании (номер колонки), позиция в последовательности. Не путать!




выравнивание?• Что свидетельствует о гомологии целых

последовательностей, отдельных участков и аминокислот?

• Означает ли отсутствие достоверного выравнивания отсутствие гомологии?





1 2 3 4

Правомерно ли говорить о гомологии аминокислот в колонке 2? 3? 4?

НЕТ! Эти участки совершенно несходны.

Вопросы:Программа Muscle сумела построить выравнивание. Гомологичны ли последовательности?

НЕТ! Программа всегда что-нибудь построит.



1 2 3 4

Правомерно ли говорить о гомологии аминокислот в колонке 2? 3? 4?

НЕТ! Эти участки совершенно несходны.

Правомерно ли говорить о гомологии аминокислот в колонке 1?

НЕТ! Это – очевидная случайность (участок вокруг этой колонки неконсервативен).



1 2 3 4

Ни одна из колонок выравнивания не несет информации о родстве последовательностей. Значит, они неродственны?

НЕТ! Эти последовательности гомологичны. Это следует из

1. Структурного сходства (хотя и слабого).2. Общности функций.3. Сходства доменной архитектуры (это – С-концевые

домены α-амилаз).


Вот, кстати, их “структурное” выравнивание.Между последовательностями нет ничего общего.Тоже одна консервативная колонка.


Гомология между последовательностями может быть настолько

слабой, что ее невозможно обнаружить при помощи

выравнивания.


Похожие последовательности обычно гомологичны

(но бывают исключения!).Непохожие

последовательности обычно негомологичны

(но бывают исключения!).

Documents

Понятие (множественного) выравнивания