Эволюция копийности белка L12 в рибосомах бактерий и органелл эукариот

• Автор: Давыдов, Яков Игоревич
• Шифр специальности: 03.01.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 99 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Обзор литературы
1.1 Функционирование рибосомы
1.2 Эволюция рибосомы
1.3 Рибосома бактерий
1.3.1 Ь7/Ы2-стержень
1.3.2 Белок 1Л
1.3.3 Белок 1Л
1.3.4 Ы2 вызывает иммунный ответ
1.4 Эукариотическая и архейная рибосома
1.5 Рибосома митохондрий и пластид
1.6 Предсказание вторичной структуры белков
1.7 Поиск скоррелированных признаков
2 Методы
2.1 Сбор последовательностей
2.2 Предсказание вторичной структуры и копийности 1Л
2.3 Поиск и кластеризация Ы2-связывающих мотивов
2.4 Построение деревьев и восстановление предкового состояния
2.5 Подготовка рибосомы и масс-спектрометрия
2.6 Поиск признаков, коррелирующих с копийностью
3 Предсказание копийности
3.1 Поиск С-концевой а-спирали
3.2 Предсказание копийности Ь
3.3 Филогенетический анализ
3.4 Связь с термофильностью
3.5 Эволюция связывающих мотивов
3.6 Предсказание копийности Ь12 в органеллах
4 Белок 1Л2 у цианобактерий
4.1 Копийность белка 1Л
4.2 Экспериментальное подтверждение существования организмов с восемью
копиями белка Ы2 в рибосоме
4.2.1 Выбор пептидов для масс-спектрометрии
4.2.2 Измерение копийности
Заключение
Выводы

Благодарности
Литература
А Предсказания копийности белка 1Л2 для бактерий

Введение
Актуальность темы
Рибосома — сложная молекулярная машина, осуществляющая синтез белков на основе матричной РНК. Наименее изученным участком рибосомы является так называемый L7/L 12-стержень (или Р-стержень для эукариот).
Рибосомный стержень необходим для трансляции, он взаимодействует с факторами трансляции, являющимися ГТФазами (такими как EF-Tu, EF-G, IF2 и RF3 или их эукариотическими гомологами) и стимулирует гидролиз ГТФ. Экспериментально показано, что рибосомный стержень влияет на скорость и точность трансляции, хотя механизм этого влияния малоизучен.
L7/L 12-стержень включает в себя рибосомный белок L10 (или его гомолог РО в случае эукариот и архей), а также несколько молекул белка L12 (или его гомологов Р1/Р2 у эукариот).
Копийность белка L12 в рибосоме различается в разных видах: так в рибосоме Escherichia coli содержится четыре молекулы белка L12, а в рибосоме Thermotoga maritima — шесть. При этом для большинства изучаемых бактерий копийность белка L12 остается неизвестной.
Изучение копийности белка L12 и эволюционных событий, приводящих к ее изменению, является актуальной научной задачей и позволяет пролить свет на возникновение и эволюцию рибосомы.
Степень разработанности темы
В конце 70-х годов прошлого века было показано, что в рибосоме Escherichia coli содержится четыре молекулы белка L12 [1-3]. Лишь в 2005 году было открыто, что у ряда бактерий копийность может составлять не четыре, а шесть молекул [4,5].
Впоследствии для 28 видов бактерий на основе выравнивания аминокислотных последовательностей белка L10 была предсказана копийность L12 [6]; для трех видов бактерий копийность была определена экспериментально [7].
Было показано, что в рибосомах эукариот содержится четыре молекулы аналогов белка L12, а рибосомы архей могут связывать шесть молекул белка L12 [6,7]. В то же время для большинства видов бактерий копийность белка L12 оставалась неизвестной. Также оставался открытым вопрос копийности белка L12 в рибосомах органелл эукариот.
Цель и задачи исследования
Целью данной работы было изучение копийности белка L12 и его эволюции в бактериях, митохондриях и пластидах. В ходе работы необходимо было решить следующие задачи:

Сегмент
Сегмент

IlSUV^LiG:
12 22 Сегмент З

Рисунок 3.6: Диаграммы Лого Ы2-связывающих сегментов белков L10 а) имеющих степень сходства не менее 50% с белком LLO E. coli б) имеющих степень сходства не менее 40% с белком L10 Т. maritima. Нумерация остатков начинается с пятой аминокислоты С-концевой «-спирали [4].
Был проведен поиск отдельных Ы2-связывающих мотивов. Поиск мотивов осуществлялся в области предсказанной С-концевой «-спирали при помощи программы jackhmmer [138] (см. раздел 2.3). На основе выравнивания с С-концевой «-спиралью L10 Т. maritima [4] были выделены отдельные Ы2-связывающие сегменты. Четвертый Ы2-связывающий сегмент был выделен на основе аминокислотного выравнивания белков L10 цианобактерий (см. раздел 4.1).
Кластеризация Б12-связывающих мотивов осуществлялась нри помощи программы CLANS [136]. Результаты кластеризации (рис. 3.7) показывают, что первый сегмент имеет относительно высокую степень консервативности даже для далеких видов. Остальные сегменты имеют меньший уровень сходства между разными видами. В то же время сегменты показывают сходство с соседними по белку. Это свидетельствует о том, что сегменты возникали в результате серии последовательных дупликаций.
Тот факт, что первый сегмент имеет высокую степень консервативности, может означать, что структура именно первого Ы2-связывающего сегмента имеет высокую значимость для связывания факторов трансляции с рибосомой, существенным образом ограничивая мутации в этой области, тогда как изменения в остальных сегментах могут легче переноситься организмом. Стоит также отметить, что взаимодействие димеров L12 с первым сегментом С-концевой «-спирали стабилизируется N-концевым доменом белка L10, тогда как для других сегментов подобное не было показано [4]. Структурные ограничения также могут приводить к увеличению консервативности этого сегмента.