TALETALE-БЕЛКИ И -БЕЛКИ И PRDPRD/PAX/PAX-БЕЛКИ -БЕЛКИ -ПРЕДСТАВИТЕЛИ СЕМЕЙСТВА -ПРЕДСТАВИТЕЛИ СЕМЕЙСТВА

ГОМЕОБЕЛКОВ:ГОМЕОБЕЛКОВ:АНАЛИЗ И ХАРАКТЕРИСТИКА АНАЛИЗ И ХАРАКТЕРИСТИКА

ВЫРАВНИВАНИЯ И ВЫРАВНИВАНИЯ И ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ

СТРУКТУРЫСТРУКТУРЫ Работу выполнили: А. Ю. Кузнецова Работу выполнили: А. Ю. Кузнецова

Е. В. МостовенкоЕ. В. МостовенкоРуководители: Андрей Владимирович АлексеевскийРуководители: Андрей Владимирович Алексеевский

Сергей Александрович СпиринСергей Александрович Спирин

Гомеобелки - это большой класс белков, в Гомеобелки - это большой класс белков, в составе которых есть гомеодомен, один из составе которых есть гомеодомен, один из видов ДНК-узнающих доменов эукариот. видов ДНК-узнающих доменов эукариот.

Пространственное расположение Пространственное расположение гомеодомена и ДНКгомеодомена и ДНК

Гомеодомен получил своё название от Гомеодомен получил своё название от кодирующей его консервативной кодирующей его консервативной нуклеотидной последовательности - нуклеотидной последовательности - гомеобокса, обнаруженной в гомеобокса, обнаруженной в гомеозисных генах гомеозисных генах Drosophila Drosophila melanogastermelanogaster. .

Типичные гомеодомены состоят из 60 Типичные гомеодомены состоят из 60 аминокислотных остатков.аминокислотных остатков.

Многие гомеобелки являются важными Многие гомеобелки являются важными факторами транскрипции эукариотфакторами транскрипции эукариот

In vivoIn vivo образуются комплексы, образуются комплексы, состоящие из гомеобелков и других состоящие из гомеобелков и других транскрипционных факторовтранскрипционных факторов

Гомеодомены представлены у эукариот в Гомеодомены представлены у эукариот в сотнях генов генома, у прокариот не сотнях генов генома, у прокариот не идентифицированыидентифицированы

Выделяют от 8 до 25 семейств гомеодоменовВыделяют от 8 до 25 семейств гомеодоменов

Цель работыЦель работы

выявление особенностей выявление особенностей последовательности и структуры последовательности и структуры гомеодоменов надсемейства гомеодоменов надсемейства TALETALE семействсемействаа PRD/PAXPRD/PAX

сравнительнсравнительнаяая характеристик характеристикаа этих этих группгрупп

составление профиля надсемейства составление профиля надсемейства TALETALE

Гомеодомены надсемейства Гомеодомены надсемейства TALETALE характеризуются наличием трёх характеризуются наличием трёх дополнительных аминокислотных дополнительных аминокислотных остатков между первой и второй альфа-остатков между первой и второй альфа-спиралямиспиралями

Отсюда их название - Отсюда их название - Three Amino acid Three Amino acid Loop ExtensionLoop Extension

Вставка из трёх аминокислотных Вставка из трёх аминокислотных остатков в надсемействе остатков в надсемействе TALETALE

Белки семейства Белки семейства PRD/PAX PRD/PAX используют используют для контакта с ДНК два ДНК-для контакта с ДНК два ДНК-связывающих доменасвязывающих домена

Слово “ Слово “pairedpaired” появилось из названия ” появилось из названия одного из генов одного из генов DrosophilaDrosophila – гена, – гена, «ответственного» за парную сегментацию«ответственного» за парную сегментацию

К семейству гомеодоменов К семейству гомеодоменов PRD/PAXPRD/PAX относят также все гомеодомены, сходные относят также все гомеодомены, сходные по последовательности с гомеодоменом по последовательности с гомеодоменом PRDPRD

Анализ выравниваний и Анализ выравниваний и пространственных структурпространственных структур

В каждом семействе выделены В каждом семействе выделены консервативные аминокислотные консервативные аминокислотные остаткиостатки

Исходя из пространственных структур Исходя из пространственных структур были определены функции этих остатковбыли определены функции этих остатков

Составлены таблицы Составлены таблицы характеристических для семейств характеристических для семейств консервативных остатковконсервативных остатков

Сравнение консервативных позиций, Сравнение консервативных позиций, совпадающих в обоих семействахсовпадающих в обоих семействах

Общих консервативных позиций для Общих консервативных позиций для TALE TALE и и PRDPRD оказалось 16 оказалось 16..№№ TALETALE PRDPRD Различия возникают в:Различия возникают в:

аминокислоаминокислотный тный

остаток остаток

степень степень консерватиконсервати

вности вности

функциональфункциональная роль ная роль

аминокислотаминокислотный остаток ный остаток

степень степень консерваконсервативности тивности

функцифункциональнональн

ая ая роль роль

остатке (в том числе остатке (в том числе частичное частичное

несовпадение несовпадение набора остатков) набора остатков)

степени степени консерватиконсервати

вностивности

функцифункциональнональн

ой ой ролироли

1616 Leu/Cys/MetLeu/Cys/Met fcfc HFHF LeuLeu 100100 HFHF XX

2020 Phe/Leu/TrpPhe/Leu/Trp fcfc HFHF PhePhe 100100 HFHF XX

2828 Glu/Gln/LysGlu/Gln/Lys fcfc HPhil_outsideHPhil_outside Val/Ile/AlaVal/Ile/Ala fcfc WBrWBr xx XX

3131 Lys/ArgLys/Arg 95f95f HFHF Leu/ArgLeu/Arg fcfc HFHF XX xx

3434 LeuLeu 9595 HFHF Leu/Ile/ValLeu/Ile/Val 100f100f HFHF XX XX

3535 Ala/Val/LeuAla/Val/Leu fcfc HFHF Ala/SerAla/Ser fcfc HFHF xx

4040 Ile/Met/LeuIle/Met/Leu 95f95f HFHF Leu/Ile/Val/MetLeu/Ile/Val/Met 100f100f HFHF XX

4444 GlnGln 9595 DNADNA Arg/GlnArg/Gln fcfc HFHF XX

4545 Leu/ Ile/ValLeu/ Ile/Val 100f100f HFHF Leu/Ile/ValLeu/Ile/Val 100f100f HFHF

4747 Asn/Leu/ThrAsn/Leu/Thr fcfc DNADNA Leu/Ile/ValLeu/Ile/Val 95f95f DNADNA XX xx

4848 TrpTrp 100100 DNA/HFDNA/HF TrpTrp 100100 DNA/HFDNA/HF

4949 PhePhe 9595 HFHF PhePhe 9595 HFHF

5151 AsnAsn 9595 DNADNA AsnAsn 100100 DNADNA XX

5353 ArgArg 100100 DNA/Prot_contDNA/Prot_cont ArgArg 100100 DNADNA

5454 Lys/Arg/IleLys/Arg/Ile 95f95f DNADNA Ala/ArgAla/Arg FcFc WBrWBr xx xx

5555 Lys/ArgLys/Arg 95f95f DNADNA ArgArg//LysLys 100f100f otherother XX xx

Водородная связь боковой цепи Водородная связь боковой цепи TrpTrp48 48 cc кислородом фосфатной кислородом фосфатной

группы ДНКгруппы ДНК

Гидрофобное ядро гомеодоменовГидрофобное ядро гомеодоменов Аминокислотные Аминокислотные

остатки в позициях остатки в позициях 8, 16, 20, 26, 31, 34, 8, 16, 20, 26, 31, 34, 40, 44, 48, 52, 45, 40, 44, 48, 52, 45, 49 участвуют в 49 участвуют в образовании образовании консервативного консервативного гидрофобного ядра гидрофобного ядра всех гомеодоменоввсех гомеодоменов

Характеристические аминокислотные остатки Характеристические аминокислотные остатки надсемейства надсемейства TALETALE (по отношению к семейству (по отношению к семейству

PRD/PAXPRD/PAX))№№ аминокислотный аминокислотный

остаток остаток степень степень

консервативности консервативности функциональная функциональная

роль роль

1919 TyrTyr//TrpTrp//HisHis 9595ff HFHF

2424 ProPro 9595 Prot_contProt_cont

2525 TyrTyr 100100 Prot_contProt_cont

2626 ProPro 9595 HFHF

2727 Thr/SerThr/Ser 95f95f HB-Ala30.NHB-Ala30.N

3838 Thr/CysThr/Cys fcfc HFHF

5050 Gly/Ala/IleGly/Ala/Ile fcfc WBrWBr

Характеристические аминокислотные остатки семейства Характеристические аминокислотные остатки семейства PRD/PAXPRD/PAX (по отношению к надсемейству (по отношению к надсемейству TALETALE))

№№ аминокислотный аминокислотный остаток остаток

степень консервативностистепень консервативности функциональная рольфункциональная роль

55 ArgArg 100100 DNADNA

66 ThrThr 9595 DNADNA

88 PhePhe 100100 HFHF

1212 GlnGln 100100 HFHF

1414 Ile/Leu/Lys/ArgIle/Leu/Lys/Arg fcfc otherother

1717 GluGlu 100100 HFHF

1818 Arg/Lys/GlnArg/Lys/Gln fcfc otherother

2222 Arg/Lys/GlnArg/Lys/Gln fcfc HFHF

2323 Ser/Thr/Ala/GlySer/Thr/Ala/Gly fcfc HFHF

3232 Glu/AlaGlu/Ala fcfc HPhil_outsideHPhil_outside

4242 Thr/GluThr/Glu fcfc HFHF

4646 Gln/LysGln/Lys fcfc WBrWBr

5252 Arg/LysArg/Lys 95f95f HFHF

5757 Arg/LysArg/Lys 100f100f DNADNA

Построение профиляПостроение профиля Созданы профили надсемейства Созданы профили надсемейства TALETALE

CCходство входной последовательности с ходство входной последовательности с данным семейством оценивается числом данным семейством оценивается числом NscoreNscore. .

При выбранном пороге При выбранном пороге T T

последовательности, для которых последовательности, для которых NscoreNscore>>TT, считаются принадлежащими , считаются принадлежащими семейству, а при семейству, а при NscoreNscore≤≤TT – не – не принадлежащими семейству.принадлежащими семейству.

После первой итерации оказалось После первой итерации оказалось целесообразным разделить целесообразным разделить надсемейство надсемейство TALE TALE нана семействасемейства MatαMatα2 2 и собственнои собственно TALETALE

Причина – бПричина – бóóльшая консервативность льшая консервативность аминокислотных остатков в пределах аминокислотных остатков в пределах семейства семейства MatαMatα22 и собственно и собственно TALETALE

Результаты скрининга банка Результаты скрининга банка SwissProtSwissProt::

профиль семейства собственнопрофиль семейства собственно TALETALE отнес к нему 356 последовательностей отнес к нему 356 последовательностей из банка SwissProtиз банка SwissProt

не найдено ни одной ошибкине найдено ни одной ошибки

профиль семейства профиль семейства MatαMatα22 отнес к нему 38 отнес к нему 38 последовательностейпоследовательностей

ошибкиошибки:: • одна последовательность, аннотированная как одна последовательность, аннотированная как

MatαMatα22, имела , имела Nscore<TNscore<T• для двух последовательностей гомеодоменов для двух последовательностей гомеодоменов

аннотация не позволила идентифицировать аннотация не позволила идентифицировать принадлежностьпринадлежность//не принадлежность не принадлежность семейству семейству

Распределение Распределение NscoreNscore последовательностей последовательностей по результатам по результатам поиска с помощью поиска с помощью профиля по БД профиля по БД SwissProtSwissProt для для семейства собственно семейства собственно TALETALE ( (TT=19)=19)

Распределение Распределение NscoreNscore последовательноспоследовательностей по тей по результатам результатам поиска с поиска с помощью помощью профиля по БД профиля по БД SwissProtSwissProt для для семейства семейства MatαMatα22 ((TT=15)=15)

Филогенетическое деревоФилогенетическое дерево

Анализ вставки и ее возможные роли в Анализ вставки и ее возможные роли в гомеодоменах надсемейства гомеодоменах надсемейства TALETALE

ГруппаГруппа Аминокислотные остатоки вставкиАминокислотные остатоки вставки

IroquoisIroquois Arg-Lys-AsnArg-Lys-Asn

PBXPBX Leu-Ser-AsnLeu-Ser-Asn

Leu- Asn –AsnLeu- Asn –Asn

Ile-Asn-HisIle-Asn-His

TGIFTGIF Arg-Tyr-AsnArg-Tyr-Asn

Arg-Phe-LysArg-Phe-Lys

Arg-Phe-ArgArg-Phe-Arg

KNOXKNOX [Tyr/Ser/Ile/Cys/Arg]-[Arg/Lys]-Trp[Tyr/Ser/Ile/Cys/Arg]-[Arg/Lys]-Trp

MEISMEIS Leu-[Ser/Thr]-HisLeu-[Ser/Thr]-His

Matα2Matα2 Ile-Glu-AsnIle-Glu-Asn

Контакт между Контакт между лейцином из лейцином из вставки (позиция вставки (позиция 23А) и пролином 23А) и пролином

другого гомеобелкадругого гомеобелка

Остатки вставки нумерованы как 23А, 23В, 23СОстатки вставки нумерованы как 23А, 23В, 23С

Помимо вставки между первой и второй Помимо вставки между первой и второй альфа-спиралями характерен мотив альфа-спиралями характерен мотив ProPro--TyrTyr--ProPro (позиции 24-25-26). (позиции 24-25-26).

Мотив следует сразу за вставкой. Этот Мотив следует сразу за вставкой. Этот мотив также участвует во мотив также участвует во взаимодействии с другим белком – взаимодействии с другим белком – гомеодоменом семейства гомеодоменом семейства HOXHOX

Структура вставки и мотива Структура вставки и мотива ProPro--TyrTyr--ProPro а) а) б) б) в) в)

а)а) Гидрофобные контакты: аланин (30 позиция) - пролин Гидрофобные контакты: аланин (30 позиция) - пролин (26 позиция) и лейцин (позиция 23А)- пролин (24 позиция).(26 позиция) и лейцин (позиция 23А)- пролин (24 позиция).

б) Гидрофобный контакт тирозин (25 позиция) - б) Гидрофобный контакт тирозин (25 позиция) - аспарагин (позиция 23С). аспарагин (позиция 23С).

в) Водородная связь между серином (27 позиция) и в) Водородная связь между серином (27 позиция) и аланином (30 позиция).аланином (30 позиция).

ВыводыВыводы Выявлены консервативные Выявлены консервативные

аминокислотные остатки в двух аминокислотные остатки в двух семействах гомеодоменов, и семействах гомеодоменов, и описана их вероятная описана их вероятная функциональная роль функциональная роль

Выдвинута гипотеза, позволяющая Выдвинута гипотеза, позволяющая объяснить консервативность объяснить консервативность мотива мотива Pro-Tyr-Pro Pro-Tyr-Pro в в надсемействе надсемействе TALETALE

Построены профили, позволяющие Построены профили, позволяющие детектировать на принадлежность к детектировать на принадлежность к семействам собственно семействам собственно TALETALE или или MatαMatα2 2 входной последовательности.входной последовательности.

Построено филогенетическое дерево, Построено филогенетическое дерево, отображающее дивергенцию семейств отображающее дивергенцию семейств собственно собственно TALETALE и и MatαMatα2 2

СПАСИБО ЗА СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!ВНИМАНИЕ!