kritikus nézet a konzervatív mutációkról

absztrakt

a protein 3D struktúrák felületi összetételének elemzésével, kiegészítve a homológ fehérjék előrejelzett felületi összetételével, jelentős bizonyítékot találtunk a fehérjeszerkezetek rétegösszetételére. A fehérjék legbelső és legkülső részében nettó negatív töltés van, míg a középső pozitív töltésű. Ezen kívül az eredményeink azt mutatják, hogy a konzervatív mutáció fogalma jelentős felülvizsgálatra szorul, pl. nagyon eltérő térbeli preferenciákat találtak a glutaminsav és az aszparaginsav esetében. A fehérjetechnikai projektekben gyakran alkalmazott alanin szűrés magában foglalja a maradékanyagok alaninnal való helyettesítését, azon a feltételezésen alapulva, hogy az alanin semleges maradék. Az alanin azonban magas negatív korrelációval rendelkezik a nem poláros maradványok kivételével. Ezért javasoljuk például a szerin alkalmazását az alaninnal negatívan korreláló maradékok helyettesítésére.

Bevezetés

amikor egy peptidláncot 3D fehérjeszerkezetbe hajtogatnak, néhány maradékanyag egy poláris környezetből egy nem poláris környezetbe kerül a hajtogatott fehérje belsejében. Ezt az átvitelt az aminosavak és az oldószer termodinamikai tulajdonságai vezérlik. A molekuláris evolúció során a természet kiválasztotta a kapott fehérje megfelelő működését és stabilitását. A kis és közepes méretű fehérjék esetében—a hajtogatott szerkezetben – csak néhány maradék van teljesen eltemetve (Chothia, 1976 ; Miller et al., 1987; Petersen et al., 1998), míg a legtöbb maradvány csak részben van eltemetve. Az oldószer hozzáférhetőségének változása a szóban forgó maradékanyag tulajdonságaitól függ, és tükröződik az aminosav-összetételben a teljes fehérjeszerkezetben. Ezek a különbségek az oldószer hozzáférhetőségi profiljában széles körű alkalmazásokat találtak a különböző szerkezeti előrejelzési módszerekben (Holbrook et al., 1990; Rost and Sander, 1994; Thompson and Goldstein, 1996 ). Emellett a környezetspecifikus szubsztitúciós mátrixok használata (Donnelly et al., 1994; Wako és Blundell, 1994 ) értékesnek bizonyultak. Az aminosavak szekvenciális szomszédságát korábban vizsgálták (Vonderviszt et al., 1986), és használatát például a hurok előrejelzésében találták meg (Wojcik et al.( 1999) és másodlagos szerkezet-előrejelzés (Chou és Fasman, 1978 ; Chandonia és Karplus, 1999 ; Jones, 1999). Nem találtak szignifikáns összefüggést a szermaradékok szekvenciális szomszéd preferenciája között.

az egyes maradványok körüli térbeli szomszédságot korábban is vizsgálták (Burley és Petsko, 1985 ; Bryant és Amzel, 1987 ; Miyazawa és Jernigan, 1993; Petersen et al., 1999 ). Továbbá a térbeli kapcsolatokat tanulmányozták a különböző aminosav-kölcsönhatások kontaktpotenciáljának levezetésére (Brocchieri és Karlin, 1995 ; Miyazawa és Jernigan, 1996 , 1999 ). A közös stratégia az érintkezők számának tanulmányozása egy adott távolsághatáron belül. Úgy tűnik azonban, hogy a szakirodalom nem vizsgálja a távolságfüggő kapcsolatokat, valamint az érintett maradékok oldószer-hozzáférhetőségének beágyazott információit használó jelentéseket.

a hidrofóbitás, az eltemetett érintkezési hajlam és az előrejelzési ablakban való elhelyezkedés közötti oldószer-hozzáférhetőség kétállapotú előrejelzéséről számoltak be (Mucchielli-Giorgi et al., 1999 ). Ugyanakkor nem ír le semmilyen összefüggést az egyes maradékanyag-eloszlások között.

fontos, hogy különbséget tudjunk tenni a helyesen hajtogatott és a rosszul hajtogatott modellszerkezetek között. Rámutattak arra, hogy a potenciális energiaalapú módszerek nem tesznek különbséget jól a hajtogatott és a rosszul összehajtott struktúrák között. Azonban olyan szerkezeti jellemzők, mint az eltemetett sarki felület ( Overington et al., 1992) és a poláris kapcsolatok száma ( Bryant és Amzel, 1987 ; Golovanov et al., 1999) értékesnek bizonyultak.

a fehérjetechnikában gyakran használják a konzervatív mutációk fogalmát. Az általános elképzelés az, hogy egy aminosav helyettesítése egy másik, hasonló fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkező aminosavval nem befolyásolja a fehérje stabilitását és működését. Ez a tanulmány azt mutatja, hogy a hasonló maradványok térbeli preferenciái hasonló körülmények között drámai módon eltérhetnek a fehérjeszerkezetekben (ebben az összefüggésben az oldószer hozzáférhetősége).

a szomszédelemzés eredményei értékesek lesznek a modell validálásában, a szerkezet előrejelzésének eszközeként és különösen útmutatóként a stabilitást fokozó mutációk keresésében.

módszerek

az alkalmazott szekvenciák a nem homológ struktúrák 25%-os szekvenciaazonossági készletének részhalmaza (Hobohm et al., 1992 ; Hobohm and Sander, 1994) a protein structure databank PDB-ből származik (Bernstein et al., 1977 ). Csak egyláncú fehérje szekvenciákat használtunk. Az így kapott adatkészlet 336 egyláncú szekvenciából állt, amelyek maximális páronkénti szekvenciaazonossága 25% volt. A részhalmazt kibővítették a megfelelő HSSP-fájlok használatával (Dodge et al., 1998 ). A teljes adatkészlet 8379 összehangolt szekvenciát és 1 415 986 maradékot tartalmazott. Ez a SWISS-PROT 34-es verziójában található összes maradék 6,7% – ának felel meg (Bairoch and Apweiler, 1997 ). A szekvenciák hossza 64 és 1017 maradék között volt. Az alkalmazott röntgensugár-struktúrák felbontása 1,0 és 3,0 között változott, átlagosan 2,0 fővel. Továbbá a részhalmaz 31 NMR által megoldott struktúrát tartalmazott. Az összes hidrogén-atom koordinátát azonban elvetették. A homológ szekvenciák alkalmazásával bevezetett lehetséges torzítás ellenőrzésére a teljes elemzést az igazított szekvenciákkal és anélkül végeztük. Szignifikáns különbséget nem figyeltek meg, bár a két adatkészlet közül a kisebb méret csökkenése a várakozásoknak megfelelően nagyobb zajt okozott.

az egyes maradékok térbeli szomszédait az oldószer hozzáférhetősége és a térbeli távolság alapján határoztuk meg. Az oldószer hozzáférhetőségét a megfelelő HSSP-fájlokból vettük ( Dodge et al., 1998 ). Minden egyes felületi maradék esetében a szomszédos felületi maradványokat a kérdéses maradéktól való távolságuk szerint csoportosítottuk. A két maradék közötti távolságot a két maradék összes lehetséges atompárjának halmaza közötti legrövidebb távolságként számítottuk ki. Feltételezzük, hogy az igazítás a HSSP-fájlban azt jelenti, hogy a fő szekvenciában lévő szomszédok szintén szomszédok az igazított szekvenciákban, és hogy az oldószer hozzáférhetősége megmarad ( Andrade et al., 1998; Goldman et al., 1998 ). Az I. és J. típusú szermaradékok közötti szomszédos kölcsönhatások várható számát

\

1

ahol xi és xj az I és j aminosav frakciója az adatkészletben a d távolságtartományban, és az oldószer hozzáférhetősége nagyobb, mint a cut-off ACC és N0 a megfigyelt szomszéd érintkezők teljes száma. A pontszám, Sij / d, ACC, kiszámítása:

\

2

ez negatív pontszámot ad a kedvelt szomszédpároknak, és pozitív pontszámot ad a kedvelt interakcióknak. A sij|d,ACC pontszám értéke RT-vel való szorzással látszólagos termodinamikai paraméterré alakítható.

kiszámítottuk a fehérje minden rétegének nettó töltését. Az aszparaginsavat és a glutaminsavat negatív töltésűnek, az arginint és a lizint pedig pozitív töltésűnek tekintik. A hisztidint töltetlennek vagy pozitív töltésűnek tekintik. A relatív nettó töltés, Qrel, úgy definiáljuk

\

3

ahol Npozitív a pozitív szermaradékok száma, Nnegatív a negatív szermaradékok száma és NTotal a szermaradékok teljes száma az adott rétegben.

The PDB identification codes for the structures used are 1ptx, 2bbi, 1hcp, 1iml, 1cdq, 1vcc, 1nkl, 1tiv, 2abd, 2hts, 1tpg, 1fbr, 1pco, 1who, 1beo, 2ncm, 1fim, 1tlk, 1xer, 1onc, 1rga, 1erw, 1fd2, 1put, 1fkj, 1jpc, 1thx, 1jer, 1ccr, 1wad, 2tgi, 1pls, 1neu, 4rhn, 1rmd, 1hce, 1hfh, 1tam, 2pf1, 1bip, 1whi, 1yua, 1bp2, 1zia, 4fgf, 7rsa, 1bw4, 2vil, 1eal, 1rie, 1doi, 3chy, 1cpq, 1msc, 1mut, 1rcb, 1lzr, 1htp, 1lid, 1lis, 1lit, 1kuh, 1nfn, 1irl, 1poc, 2tbd, 1cof, 1pms, 1rsy, 1snc, 1eca, 1jvr, 2end, 1anu, 5nul, 1fil, 1jon, 1lcl, 1itg, 1tfe, 1maz, 1pkp, 1lba, 1vsd, 2fal, 1ash, 1def, 2hbg, 1div, 1gds, 1grj, 1i1b, 1ilk, 1rcy, 1sra, 1ulp, 1mbd, 1aep, 1jcv, 2gdm, 1phr, 1rbu, 1esl, 1hlb, 1mup, 1vhh, 1gpr, 1btv, 1cyw, 1klo, 1l68, 3dfr, 2cpl, 1sfe, 1huw, 5p21, 1ha1, 1wba, 1lki, 2fha, 1prr, 2fcr, 1amm, 1cid, 1hbq, 1cdy, 2stv, 153l, 1rec, 1xnb, 2sas, 1gky, 1knb, 1ryt, 1zxq, 1har, 1cex, 1chd, 2tct, 2ull, 1gen, 1iae, 1nox, 1rnl, 2gsq, 1cfb, 1dyr, 1nsj, 2hft, 1fua, 2eng, 1thv, 1hxn, 2abk, 9pap, 1lbu, 3cla, 1vid, 2ayh, 2dtr, 1gpc, 1dts, 1jud, 1emk, 1ois, 1akz, 1sgt, 1ad2, 1nfp, 1din, 1lrv, 1dhr, 1bec, 1lbd, 1dpb, 1jul, 1mrj, 1fib, 1hcz, 1mml, 1vin, 1dja, 2cba, 3dni, 1lxa, 1arb, 1rgs, 1tys, 3tgl, 1ako, 1eny, 1ndh, 2dri, 1xjo, 1drw, 1kxu, 2prk, 1cnv, 1tfr, 1ytw, 1iol, 2ebn, 1tml, 1han, 1xsm, 1pbn, 1amp, 1ryc, 1bia, 1vpt, 1csn, 2ora, 1ctt, 1bco, 1fnc, 1gym, 1pda, 1cpo, 1esc, 2reb, 1mla, 1sig, 8abp, 1ghr, 1iow, 2ctc, 1gca, 1sbp, 1ede, 1pgs, 2cmd, 1anv, 1gsa, 1tag, 1dsn, 2acq, 1cvl, 1tca, 2abh, 2pia, 1pot, 1vdc, 1axn, 1msk, 1hmy, 2bgu, 1ldm, 1dxy, 1ceo, 1nif, 1arv, 1xel, 1uxy, 1rpa, 2lbp, 3pte, 1uby, 1fkx, 1pax, 3bcl, 1air, 1mpp, 2mnr, 1eur, 1cem, 1fnf, 1pea, 1omp, 2chr, 1pud, 1kaz, 1mxa, 1edg, 2sil, 1ivd, 1pbe, 1svb, 1ars, 1oyc, 1inp, 1oxa, 1eft, 1phg, 1cpt, 1iso, 1qpg, 2amg, 1uae, 1gnd, 2dkb, 1gpl, 1csh, 4enl, 1pmi, 1lgr, 1nhp, 1gcb, 1bp1, 1geo, 2bnh, 3grs, 1gln, 1gai, 2pgd, 2cae, 2aaa, 1byb, 1smd, 2myr, 3cox, 1dpe, 1pkm, 1ayl, 1crl, 1ctn, 1clc, 1tyv, 2cas, 1ecl, 1oxy, 1vnc, 1gal, 1dlc, 1sly, 1dar, 1gof, 1bgw, 1aa6, 1vom, 8acn, 1kit, 1taq, 1gpb, 1qba, 1alo és 1kcw.

eredmények és megbeszélések

a töltött maradékok eloszlását a fehérje 3D szerkezetének különböző rétegeiben és a teljes nettó töltést az 1. ábra mutatja. A fehérjék legbelső és legkülső részében nettó negatív töltés van, míg a középső pozitív töltésű. Érdekes ez a látszólagos háromrétegű szerkezet váltakozó töltéssel, amely a negatív töltésű legkülső réteget az oldószernek teszi ki. Ez a szervezet biztosítja a radiális töltés semlegesítésének bizonyos szintjét, és esetleg hozzájárulhat a fehérje szoros csomagolásához. Hasonlóképpen a felületi réteg töltésszervezése fontos elektrosztatikus útmutatást nyújthat a hajtogatási esemény során. Ezzel szemben, ha a pH-t savas vagy lúgos állapotra változtatjuk, amelynél a titrálható maradékok részhalmazai töltetlenné válnak, destabilizálja a maradékanyagok csomagolását a fehérje felületén. Az eltemetett savas aminosavak számos különböző fehérjeszerkezetben megtalálhatók, és ezek a maradványok fontos funkcionális szerepet játszanak például a tripszinben ( McGrath et al., 1992), ribonukleáz T1 ( Giletto és Pace, 1999) és tioredoxin ( Dyson et al., 1997; Bhavnani et al., 2000 ). A jelentett háromrétegű struktúrát mind az igazított szekvenciával, mind anélkül megfigyeljük, ezért nem okozza az eltemetett, töltött csoportok megőrzése által bevezetett torzítás egy fehérjecsaládon belül.

az egyes szermaradéktípusok körüli térbeli szomszédokat az oldószer hozzáférhetőségének megkülönböztetése nélkül számítottuk ki. A triptofán és a cisztein figyelemre méltó kivételével az aminosavakat nem gyakran figyelték meg azonos maradéktípusok térbeli szomszédaiként. Ez a tendencia nem függött a távolsághatár kiválasztásától (az eredmények nem jelennek meg). Az eloszlás különbségei figyelemre méltóan kicsiek voltak a különböző aminosavak között egy 8 db-os távolsághatárhoz, ami arra utal, hogy 8 db-os elég nagy távolság ahhoz, hogy az eloszlás függetlenné váljon a központi maradék jellegétől. Ez a megfigyelés ahhoz vezetett, hogy a szomszédok között a legnagyobb távolságot 8-ként használták, amelyeket részletesen megvizsgáltak.

a 2.ábra a triptofánt, glicint, alanint, prolint, szerint, hisztidint, lizint és aszparaginsavat magában foglaló összes aminosav-szomszéd pár pontszámértékeit mutatja a legalább 20% – os oldószer-hozzáférhetőséggel rendelkező szomszéd párok esetében. A többi aminosav eredményei elérhetők honlapunkon (http://www.bio.auc.dk/). A pontszámértékeket hasonlóan számították ki más oldószer-hozzáférhetőségi határértékek esetében is. Az aromás maradék triptofán egyike annak a két maradéknak, amelyek egyértelműen előnyben részesítik az azonos maradéktípussal való érintkezést (a másik cisztein). Előnyösek a többi aromás maradékkal való kölcsönhatások is. Érdekes módon a triptofán és a két savas maradék (aszparaginsav és glutaminsav) közötti kölcsönhatások eltérőek. Míg a triptofán és a glutaminsav a vártnál ritkábban fordul elő, a triptofán és az aszparaginsav esetében ennek az ellenkezője figyelhető meg. A glicin az azonos maradéktípusú kölcsönhatások tipikus negatív pontszámát mutatja. Ezenkívül úgy tűnik, hogy a glicinnek nincsenek szomszédai a közeli térbeli szomszédságban (3,5 USD). A közeli szomszédok alulreprezentáltsága még egyértelműbb a prolin esetében. Ezt az alulreprezentációt a prolinmaradékok hurok preferenciájának jeleként értelmezzük. A közelben lévő összes többi aminosavval való kölcsönhatás hiánya arra utal, hogy a legtöbb kapcsolat oldószermolekulákkal van. A prolin azonban rengeteg érintkezővel rendelkezik nagyobb távolságban(4-5 6). A hisztidin annyiban érdekes, hogy aromás tulajdonságainak jeleit mutatja, mivel előnyben részesíti az aromás maradékokkal való érintkezést (~3,5!), polarizálható jellegét pedig a negatív töltésű maradékokkal való előnyös érintkezést (~3!). A lizin bázikus aminosav a várakozásoknak megfelelően egyértelmű negatív pontszámot mutat a más lizinekkel való érintkezésben. A savas aminosavakkal való kedvező elektrosztatikus kölcsönhatás nyilvánvaló.

a legérdekesebb páros kölcsönhatások közül néhányat a 3. ábra mutat be . A 3a. ábra a lizin–aszparaginsav sóhídpárját ábrázolja. Az erős túlreprezentáció, amelyet a 3 6-os elválasztás összhangban van a klasszikus sóhíd koncepcióval. A lizin-aszparaginsav Párok túlreprezentációja a leginkább oldószernek kitett rétegekben, amelyeket 5,5–6 6-nál figyeltek meg. Javasoljuk, hogy a fehérje felszínén lévő töltőhálózatok okozhatják ezt a megfigyelést. A 3B. ábrán a glutaminsav–aszparaginsav pár eredményét mutatjuk be. A legnyilvánvalóbb jellemző ennek a párnak a várható alulreprezentációja. A fehérje felszínéhez közel azonban ugyanaz a korlátozás nem tűnik jelen. Ismét azt javasoljuk, hogy a felszíni töltőhálózatok hozzájáruljanak ehhez a megfigyeléshez. A 3C és D ábrán a triptofán–glutaminsav és a triptofán–aszparaginsav aminosav párokat mutatjuk be. Az a közös meggyőződés, hogy a glutaminsav-aszparaginsav mutáció konzervatív, ellentétes a bemutatott megfigyelésekkel. A triptofán-glutaminsav pár erősen alulreprezentált a fehérjék erősen oldószernek kitett rétegeiben. Meglepő módon ugyanez nem mondható el a triptofán–aszparaginsav párról, ahol túlreprezentáció figyelhető meg a 3,5-6-os Távolságintervallumban. Hasonló, de kevésbé hangsúlyos megfigyelést végeztek a tirozin-glutaminsav és a tirozin–aszparaginsav párok esetében. Nem figyeltek meg szignifikáns különbséget a fenilalanin-glutaminsav és a fenilalanin–aszparaginsav párok között. Az egyetlen különbség a glutaminsav és az aszparaginsav között az oldallánc hossza. Mind a triptofán, mind a tirozin esetében közös a polarizálhatóságuk, szemben a fenilalaninnal. Hisszük, hogy a fehérje funkcionalitásának meghatározásában részt vevő felszíni triptofánokat helyi elektrosztatikus környezetük polarizálja. Bár nem tudunk kvantitatív magyarázatot adni, valószínű, hogy a glutaminsav és az aszparaginsav különböző lánchosszúsága közötti különbségek előnyben részesíthetik a triptofán közelségét. Kimutatták, hogy az aszparaginsav hajlamos kedvező kölcsönhatásokra az oldallánc karbonilcsoportja és a gerinc karbonilcsoportja között (Deane et al., 1999), ami gyűrűszerű szerkezetet eredményez. Hasonló konformációkat nem figyeltek meg a glutaminsav esetében. A 3e. és F. ábrán a hisztidin-aszparaginsav és a szerin–hisztidin pár látható. Mivel ez a három szermaradék a hidrolázok széles skálájának aktív helymaradékait alkotja, különös érdeklődésre tartanak számot. A hisztidin-aszparaginsav Párok túlreprezentáltak a nagyon oldószerrel hozzáférhető területeken. A távolság nagyobb, mint az aktív helyréseknél megfigyelt tipikus távolság. Azonban a kicsi, de jelentős, túlreprezentáció a 3 6–os tartományban megfelel a klasszikus hisztidin-aszparaginsav távolságoknak a hidrolázokban. A 3E. ábra azt mutatja, hogy az eltemetett hisztidinek és az aszparaginsavak közötti érintkezést egyértelműen előnyben részesítik. Hisszük, hogy ez a tulajdonság fontos része a De novo katalitikus helyek molekuláris evolúciójának. A lehetséges katalitikus `triádok’ nem funkcionális környezetben történő tárolása csökkenti a hely aktiválásához szükséges aminosav-szubsztitúciók számát.

a 3F.ábra legjellemzőbb jellemzője a szerin-hisztidin Párok egyértelmű alulreprezentációja erősen oldószernek kitett környezetben. A szerin-hisztidin pár gyenge túlreprezentációja 3-nál látható a kevésbé oldószerben hozzáférhető területeken. Így a katalitikus hármas jelenlétét nyilvánvalóan leginkább a hisztidin–aszparaginsav pár preferenciája határozza meg, bár a szerin–hisztidin pár hasonló, de sokkal gyengébb tendenciákat mutat.

meghatároztuk az egyes oldószer-hozzáférhetőségi rétegek aminosav-összetételét. A várakozásoknak megfelelően a fehérjék eltemetett részei nagyobb mennyiségű nem poláros maradékból állnak, mint az oldószernek kitett rétegek. Az aminosav-összetétel közötti korrelációt az egyes szerkezeti rétegek összetételének adataiból számítottuk ki. Azok az aminosavak, amelyek hasonló preferenciákkal rendelkeznek az oldószerrel való érintkezés és a helyi környezet tekintetében, várhatóan magas pozitív korrelációt mutatnak eloszlásuk hasonló tendenciái miatt. Ezért a negatív korrelációt mutató aminosavak eltérő preferenciákkal rendelkeznek a helyi környezetben, ezért nem gondolják, hogy kompatibilisek, azaz egyetlen ilyen típusú mutáció ezen a helyen nem ajánlott. Mivel a nem poláros maradványok a magban bőségesek, és az oldószer hozzáférhetőségének növekedésével fokozatosan csökkennek, a nem poláros maradékok közötti korreláció pozitív (4.ábra). Ezzel szemben a poláris maradványok bőségesebbek a nagy mértékben kitett részekben, ezért negatív korrelációban vannak a nem poláris maradékokkal. A hisztidin és a treonin jelentősen eltérően viselkednek. Pozitív korrelációt mutatnak egymással, de kevés korrelációt mutatnak a többi oszlopmal, kivéve az arginint és a glicint. Ennek oka a hisztidin és a treonin alacsony előfordulása mind az eltemetett, mind az erősen kitett területeken, valamint viszonylag magas előfordulása a közepes expozíciós rétegekben. A hisztidin pozitív korrelációt mutat két aromás maradékkal, a triptofánnal és a tirozinnal, valamint a gyengén poláris treoninnal és a poláris argininnel. Ezt ismét a hisztidin aromás tulajdonságainak, valamint töltési tulajdonságainak jeleként értelmezzük. A gyengén poláris maradványok eloszlása nem olyan egyértelmű, mint a poláris és nem poláris maradványok. Úgy tűnik, hogy a prolin és a szerin szorosabban kapcsolódik a poláris maradványokhoz. A gyengén poláros maradék alanin csak a nem poláros maradékokkal rendelkezik pozitív korrelációval. Javasoljuk, hogy a nagy pozitív korrelációval rendelkező maradékok közötti mutációknak nagy esélyük van a 3D szerkezet termodinamikai stabilitásának fenntartására. Ez különösen igaz a töltött maradványokra. Ezzel szemben a nagyfokú negatív korrelációval rendelkező maradékok jellemzően különböző fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkező maradványok, amelyek nem cserélhetők fel a fehérje fizikai kémiájának megváltoztatása nélkül. A nem korrelált maradékok olyan maradványokat tartalmaznak, amelyek különleges szerepet játszanak a szerkezetben, pl. néhány szermaradék gyakran részt vesz a katalízisben. Úgy gondoljuk, hogy az a megfigyelés, miszerint a prolin a poláris maradványokhoz hasonlóan viselkedik, összefügg a prolinmaradványok szerkezeti szerepével, valamint a hurkok és fordulatok előnyben részesítésével. A fehérjetechnikai projektekben gyakran alkalmazott alanin szűrés magában foglalja a maradékanyagok alaninnal való helyettesítését, azon a feltételezésen alapulva, hogy az alanin semleges maradék. Adataink azonban azt mutatják, hogy az alanin magas negatív korrelációt mutat a nem poláros maradványok kivételével. Ezért javasoljuk például a szerin alkalmazását az alaninnal negatívan korreláló maradékok helyettesítésére.

a szerzők véleménye szerint jelen cikk fontos új információkkal szolgál a fehérje szerkezeti felépítéséről. A fehérje felületét a fehérje többrétegű szerkezeti jellemzőjének kell tekinteni, ahol minden rétegnek megvan a sajátos összetétele és az ebből eredő jellemzői. Úgy gondoljuk, hogy ez az egyszerű kulcsfontosságú megfigyelés jelentős jelentőségű lesz számos fehérjetechnikai stratégia szempontjából, amelyek az oldószernek kitett maradványok módosítását célozzák meg.

ábra. 1.

a nettó relatív töltés különböző oldószer-hozzáférhetőséggel (ACC) rendelkező fehérjeszerkezetek rétegeiben. A nettó relatív töltést az adott rétegben található maradékonkénti nettó töltésként határozzuk meg (pozitív töltések száma – negatív töltések száma/maradékanyagok száma). Az aszparaginsav és a glutaminsav negatív, az arginin, a lizin és a protonált hisztidin pozitív (szaggatott vonal). A szilárd vonal tartalmazza az összes fent említett maradékot, kivéve a hisztidint.

Fig. 1.

a nettó relatív töltés különböző oldószer-hozzáférhetőséggel (ACC) rendelkező fehérjeszerkezetek rétegeiben. A nettó relatív töltést az adott rétegben található maradékonkénti nettó töltésként határozzuk meg (pozitív töltések száma – negatív töltések száma/maradékanyagok száma). Az aszparaginsav és a glutaminsav negatív, az arginin, a lizin és a protonált hisztidin pozitív (szaggatott vonal). A szilárd vonal tartalmazza az összes fent említett maradékot, kivéve a hisztidint.

Fig. 2.

A jelentősen túl – vagy alulreprezentált szomszédpárok. Az összes maradék oldószer-hozzáférhetősége meghaladja a 20% – ot. A maradékok közötti távolságot a függőleges tengely mentén adjuk meg. A piros és a zöld olyan területeket jelöl, ahol a párok száma a vártnál kisebb, illetve magasabb. A) triptofán; B) glicin; C) prolin; d) hisztidin; E) lizin; F) aszparaginsav.

Fig. 2.

A jelentősen túl – vagy alulreprezentált szomszédpárok. Az összes maradék oldószer-hozzáférhetősége meghaladja a 20% – ot. A maradékok közötti távolságot a függőleges tengely mentén adjuk meg. A piros és a zöld olyan területeket jelöl, ahol a párok száma a vártnál kisebb, illetve magasabb. A) triptofán; B) glicin; C) prolin; d) hisztidin; E) lizin; F) aszparaginsav.

Fig. 3.

túl – és alulreprezentált szomszédpárok az oldószerhez való hozzáférhetőség (ACC) és a távolság (6) függvényében. A maradékok közötti távolságot a függőleges tengely mentén, az oldószer hozzáférhetőségét pedig a vízszintes tengely mentén adjuk meg. A) lizin-aszparaginsav; B) glutaminsav-aszparaginsav; C) triptofán-glutaminsav; D) triptofán–aszparaginsav; e) hisztidin–aszparaginsav; F) szerin–hisztidin.

Fig. 3.

túl – és alulreprezentált szomszédpárok az oldószerhez való hozzáférhetőség (ACC) és a távolság (6) függvényében. A maradékok közötti távolságot a függőleges tengely mentén, az oldószer hozzáférhetőségét pedig a vízszintes tengely mentén adjuk meg. A) lizin–aszparaginsav; B) glutaminsav–aszparaginsav; C) triptofán–glutaminsav; D) triptofán–aszparaginsav; E) hisztidin–aszparaginsav; F) szerin-hisztidin.

Fig. 4.

korreláció az aminosavak eloszlása között a fehérjékben. A korrelációt a fehérjeszerkezet különböző oldószer-hozzáférhetőségi rétegeinek aminosav-összetétele alapján számítjuk ki. A zöld területek pozitív korrelációt képviselnek, míg a piros területek negatív korrelációt jelentenek. Az alacsony korrelációs fokú területek fehérek.

Fig. 4.

korreláció az aminosavak eloszlása között a fehérjékben. A korrelációt a fehérjeszerkezet különböző oldószer-hozzáférhetőségi rétegeinek aminosav-összetétele alapján számítjuk ki. A zöld területek pozitív korrelációt képviselnek, míg a piros területek negatív korrelációt jelentenek. Az alacsony korrelációs fokú területek fehérek.

1

kinek kell a levelezést címezni. E-mail: [email protected]

P. H. J. köszönetet mond a norvég kutatási Tanácsnak a pénzügyi támogatásért (NFR-116316/410). S. B. P. háláját fejezi ki az Obelsk Familiefond, valamint az M-2 pénzügyi támogatásáért.

Andrade, M. A., O ‘ Donoghue, S. I. és Rost, B. (

1998

)

J. Mol. Biol.

,

276

,

517

–525.

Bairoch, A. és Apweiler, R. (

1997

)

nukleinsavak res.

,

25

,

31

-36.

Bernstein, F. C., Koetzle, T. F., Williams, G. J., Meyer, E. E., Jr, Brice, M. D., Rodgers, J. R., Kennard, O., Shimanouchi, T. és Tasumi, M. (

1977

)

J. Mol. Biol.

,

112

,

535

–542.

Bhavnani, M., Lloyd, D., Bhattacharyya,A., Marples, J., Elton, P. és Worwood, M. (

2000

)

Gut

,

46

,

707

-710.

Brocchieri, L. és Karlin, S. (

1995

)

Proc. Natl Acad. Sci. USA

,

92

,

12136

-12140.

Bryant, S. H. és Amzel, L. M. (

1987

)

Int. J. Pept. Protein Res.

,

29

,

46

-52.

Burley, S. K. és Petsko, G. A. (

1985

)

tudomány

,

229

,

23

-28.

Chandonia, J. M. és Karplus, M. (

1999

)

fehérjék

,

35

,

293

-306.

Chothia, C. (

1976

)

J. Mol. Biol.

,

105

,

1

–14.

Chou, P. Y. és Fasman, G. D. (

1978

)

Annu. Biochem Tiszteletes.

,

47

,

251

–276.

Deane, C. M., Allen, F. H., Taylor, R. és Blundell, T. L. (

1999

)

Protein Eng.

,

12

,

1025

–1028.

Dodge, C., Schneider, R. és Sander, C. (

1998

)

nukleinsavak res.

,

26

,

313

–315.

Donnelly, D., Overington, J. P. és Blundell, T. L. (

1994

)

Protein Eng.

,

7

,

645

–653.

D. A., D. A.,D. A., D. A.,D. A., D. A., D. A., D. A., D. A., D. A.,D. A., D. A., D. A., D. A., D. A., D. A., D. A., D. A., D. A., D. A., D. A., D. A., D. A. (

1997

)

Biokémia

,

36

,

2622

-2636.

Giletto, A. és Pace, C. N. (

1999

)

Biokémia

,

38

,

13379

-13384.

Goldman, N., Thorne, J. L. és Jones, D. T. (

1998

)

genetika

,

149

,

445

-458.

Golovanov, A. P., Volynsky, P. E., Ermakova, S. B. és Arszenyijev, A. S. (

1999

)

Protein Eng.

,

12

,

31

–40.

Hobohm, U. és Sander, C. (

1994

)

Protein Sci.

,

3

,

522

–524.

Hobohm, U., Scharf, M., Schneider, R. és Sander, C. (

1992

)

Protein Sci.

,

1

,

409

–417.

Holbrook, S. R., Muskal,S. M. és Kim, S. H. (

1990

)

Protein Eng.

,

3

,

659

–665.

Jones, D. T. (

1999

)

J. Mol. Biol.

,

292

,

195

–202.

McGrath,M. E., Vasquez, J. R., Craik, C. S., Yang, A. S., Honig, B. és Fleterick, R. J. (

1992

)

Biokémia

,

31

,

3059

-3064.

Miller, S., Janin, J., Lesk, A. M. és Chothia, C. (

1987

)

J. Mol. Biol.

,

196

,

641

–656.

Miyazawa, S. és Jernigan, R. L. (

1993

)

Protein Eng.

,

6

,

267

–278.

Miyazawa, S. és Jernigan, R. L. (

1996

)

J. Mol. Biol.

,

256

,

623

–644.

Miyazawa, S. és Jernigan, R. L. (

1999

)

fehérjék

,

36

,

347

-356.

Mucchielli-Giorgi, M. H., Tuffery, P. és Hazout,S. (

1999

)

Theor. Chim. Acta.

,

101

,

186

–193.

Overington, J., Donnelly, D., Johnson, M. S., S. A. és Blundell, T. L. (

1992

)

Protein Sci.

,

1

,

216

–226.

Petersen, M. T. N., Jonson, P. H. és Petersen, S. B. (

1999

)

Protein Eng.

,

12

,

535

–548.

Petersen,S. B., Jonson, P. H., Fojan,P., Petersen, E. I.,Petersen, M. T. N., Hansen, S., Ishak, R. J. és Hough, E. (

1998

)

J. Biotechnol.

,

66

,

11

–26.

Rost, B. és Sander, C. (

1994

)

fehérjék

,

20

,

216

-226.

Thompson, M. J. és Goldstein,R. A. (

1996

)

fehérjék

,

25

,

38

-47.

Vonderviszt,F., M., D. és Simon,I. (

1986

)

Int. J. Pept. Protein Res.

,

27

,

483

-492.

Wako, H. és Blundell, T. L. (

1994

)

J. Mol. Biol.

,

238

,

693

-708.

Wojcik, J., Mornon, J. P. és Chomilier, J. (

1999

)

J. Mol. Biol.

,

289

,

1469

-1490.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.