Взаимодействия белок-ДНК: статистический анализ межатомных контактов в большой и малой бороздках


https://doi.org/10.18699/VJ17.309

Полный текст:


Аннотация

Взаимодействия между белком и ДНК по существу лежат в основе всех процессов, происходящих в живой клетке. Познание принципов специфического распознавания сайтов ДНК позволит понять, как управляются эти процессы, и даст возможность сознательно вмешиваться в управление ими. В работе изучены методом Вороного – Делоне контакты белок­ДНК на атомном уровне в структу рах 3 518 комплексов из PDB (все имеющиеся на май 2017 г.), содержащих как белковые цепи, так и ДНК. Метод не содержит параметров и позволяет однозначно выявлять непосредственные контакты между атомами и характеризовать каждый контакт, помимо расстояния между атомами, площадью контакта, определяемой соответствующей гранью полиэдра Вороного. Показано, что большая часть контактов образуется между атомами белка и атомами са ха­ рофосфатного остова ДНК (72.9 %). На контакты с атомами нуклеиновых оснований, выходящих в бороздки ДНК, приходится для большой бороздки 17.0 % и для малой бороздки 10.1 % от всех атомных контактов. Суммарно на взаимодействия между атомами белка и атомами нуклеиновых оснований приходится 27.1 % всех атомных контактов. Анализ площади доступной поверхности атомов большой и малой бороздок показал, что она коррелирует с числом контактов (коэффициенты линейной корреляции 0.94 и 0.93 соответственно), однако атомы нуклеиновых оснований, образующие водородные связи, контактируют чаще, чем этого можно было ожидать из статистических соображений. Показано, что конформационно­стабильные пептиды достаточно часто встречаются в областях связывания с ДНК. Анализ остатков в предопределенной конформации в 3 518 комплексах белок­ДНК выявил 159 аминокислотных остатков в предопределенной конформации β­изгиба типа I, 15 остатков в конформации β­изгиба типа I’ , 6 остатков в конформации β­изгиба типа II. Остатков в конформации β­изгиба типа II’ найдено не было. Анализ контактов показал, что такие остатки практически не образуют контактов с ДНК. Контакты с атомами нуклеиновых оснований найдены только в двух гомологичных структурах 3qea и 3qe9, где атомы треонина образуют контакты с атомами нуклеиновых оснований АТ­пары.


Об авторах

А. А. Анашкина
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук.
Россия
Москва.


Е. Н. Кузнецов
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук.
Россия
Москва.


А. В. Батяновский
Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси.
Беларусь
Минск.


А. А. Урошлев
Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук.
Россия
Москва.


В. Г. Туманян
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук.
Россия
Москва.


Н. Г. Есипова
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук.
Россия
Москва.


Список литературы

1. Anashkina A.A., Kuznetsov E.N., Batyanovskii A.V., Gnuchev N.V., Tumanyan V.G., Esipova N.G. Classification of amino acids based on comparative analysis of contacts in DNA-protein complexes and specific DNA-protein interactions. Biophysics. 2013;58(6): 766-770.

2. Anashkina A.A., Kuznetsov E.N., Esipova N.G., Tumanyan V.G. Comprehensive statistical analysis of residues interaction specificity at protein – protein interfaces. Proteins: Struct. Funct. Bioinf. 2007; 67(4):1060-1077. DOI 10.1002/prot.21363.

3. Anashkina A.A., Tumanyan V.G., Kuznetsov E.N., Galkin A.V., Esipova N.G. Relative occurrence of amino acid-nucleotide contacts assessed by Voronoi–Delaunay tessellation of proteinDNA interfaces. Biophysics. 2008;53(3):199-201. DOI 10.1134/S0006350908030032.

4. Batyanovskii A.V., Esipova N.G., Shnoll S.E. Mutual disposition of short conformationally stanch oligopeptides in the 3D structure of globular proteins. Biophysics. 2009;54(6):748-752. DOI 10.1134/S0006350909060153.

5. Batyanovskii A.V., Vlasov P.K. Short protein segments with prevalent conformation. Biophysics. 2008;53(4):264-267. DOI 10.1134/S0006350908040040.

6. Benos P.V., Lapedes A.S., Stormo G.D. Is there a code for protein-DNA recognition? Probab(ilistical)ly… BioEssays. 2002;24(5):466-475. DOI 10.1002/bies.10073.

7. Choo Y., Klug A. Physical basis of a protein-DNA recognition code. Curr. Opin. Struct. Biol. 1997;7(1):117-125. DOI 10.1016/S0959440X(97)80015-2.

8. Corona R.I., Guo J.-T. Statistical analysis of structural determinants for protein-DNA-binding specificity. Proteins. 2016;84(8):1147-1161. DOI 10.1002/prot.25061.

9. Filippova G.N., Qi C.-F., Ulmer J.E., Moore J.M., Ward M.D., Hu Y.J., Loukinov D.I., Pugacheva E.M., Klenova E.M., Grundy P.E., Feinberg A.P., Cleton-Jansen A.M., Moerland E.W., Cornelisse C.J., Suzuki H., Komiya A., Lindblom A., Dorion-Bonnet F., Neiman P.E., Morse H.C., Collins S.J., Lobanenkov V.V. Tumor-associated zinc finger mutations in the CTCF transcription factor selectively alter its DNA-binding specificity. Cancer Res. 2002;62(1):48-52.

10. Luscombe N.M., Laskowski R.A., Thornton J.M. Amino acid–base interactions: a three-dimensional analysis of protein – DNA interactions at an atomic level. Nucleic Acids Res. 2001;29(13):2860-2874. DOI 10.1093/nar/29.13.2860.

11. Medvedev N.N. The algorithm for three-dimensional Voronoi polyhedra. J. Comput. Physics. 1986;67(1):223-229. DOI 10.1016/00219991(86)90123-3.

12. Pabo C.O., Nekludova L. Geometric analysis and comparison of protein-DNA interfaces: Why is there no simple code for recognition? J. Mol. Biol. 2000;301(3):597-624. DOI 10.1006/jmbi.2000.3918.

13. Privalov P.L. The state and role of water in biological systems. Biofizika = Biophysics. 1958;3(6):738-743. (in Russian)

14. Torshin I.Yu., Uroshlev L.A., Esipova N.G., Tumanyan V.G. Descriptive statistics of disallowed regions and various protein secondary structures in the context of studying twisted β-hairpins. Biophysics. 2016;61(1):6-12. DOI 10.1134/S0006350916010243.

15. Uroshlev L.A., Torshin I.Yu., Batyanovskii A.V., Esipova N.G., Tumanyan V.G. Disallowed conformations of a polypeptide chain as exemplified by the β-turn of the β-hairpin in the α-spectrin SH3 domain. Biophysics. 2015;60(1):1-9. DOI 10.1134/S0006350915010236.

16. Wolfe S.A., Nekludova L., Pabo C.O. DNA recognition by Cys2His2 zinc finger proteins. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2000;29: 183-212. DOI 10.1146/annurev.biophys.29.1.183.


Дополнительные файлы

Просмотров: 152

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)