работа по биоинформатике на тему Поиск белков-мишеней циклопентеноновых простагландинов (стр. 3 из 4)

Необходимо добавить, что в структуре PPAR-гамма эти позиции входят в состав альфа-спирали.

Паттерн (2) был составлен примерно для той же области, позиции 320_332 последовательности P37231 (все та же альфа-спираль с участком поворота). Он составлялся на основе выравнивания с ингибитором NF-kB альфа:

[TA]-[AV]-X-[HE]-[LI]-[AT]-[VE]-X(2)-[QK]-X(1,2)-P

Результатом поиска по таксону Homo sapiens были последовательности:

P25963 (IKBA_HUMAN)- ингибитор NF-kB альфа, позиции 219_230;

Q15653 (IKBB_HUMAN)- ингибитор NF-kB бета, позиции 60_72.

Паттерн (3) был составлен для позиций 374_387 последовательности P37231. Обозначенная область представлена на рис. 8, начиная с первого глицина. Это уже другая альфа-спираль в комплексе с двумя поворотами. Выглядит он следующим образом:

G-X(2)-T-X-E-X-L-X(2)-L-X(0,2)-P

Результатом поиска по таксону Homo sapiens были последовательности:

P25963 (IKBA_HUMAN)- ингибитор NF-kB альфа, позиции 270_281.

Q9ULD8 (KCH3_HUMAN)- Калиевый потенциалзависимый канал, подсемейство Н. Позиции 551_562.

Был проведен поиск научных статей, посвященных работам с циклопентеноновыми прстагландинами, который показал, что некоторые белки из представленных выше способны связываться с ЦПГ. Это ДНК-полимераза [9], белки семейства H-Ras [10] и ингибитор NF-kB альфа [7]. По остальным белкам мы не нашли подобной информации, но мы рассматриваем их как потенциальные белки-мишени для циклопентеноновых простагландинов.

Мы предполагаем, что в случае с PPAR именно эти две альфа-спирали вступают во взаимодействие с вышеназванным лигандом, возможно, используя разные механизмы, что может объяснить отсутствие в списке гомологов для второго и третьего паттернов ДНК-полимеразы и белка, родственного Ras.

Обсуждение результатов

Итак, на основе анализа литературы, проведенных выравниваний и построенных филогенетических деревьев мы сделали вывод, что ядерные рецепторы имеют функциональное сходство в основном за счет области связывания с ДНК. Исходя из этого, мы заключили, что можно произвести анализ того, каков механизм связывания белка PPAR с циклопентаноновым простагландином за счет сравнения участков связывания с лигандом белков семейства ядерных рецепторов. Мы вычеркнули из последовательностей PPAR позиции, оказавшиеся консервативными в процессе выравнивания этих последовательностей с группами последовательностей рецепторов стероидных, тироидных гормонов, ретиноевой кислоты.

По получившимся «урезанным» последовательностям мы составили паттерны с целью идентифицировать функции того или иного участка. В результате мы получили список гомологичных белков, часть которых обладает способностью связываться с циклопентаноновыми простагландинами, часть рассматривается нами в качестве потенциальных белков-мишеней для них.

Список используемой литературы

1. Варфоломеев С.Д., Мевх А.Т. Простагландины – молекулярные биорегуляторы. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. – 308 с.

2. Gilroy, DW, et al (1999) Nature Med. 5, 698.

3. Forman B.M. et al (1995) Cell 83, 803

4. Kliewer S.A. et al (1995) Cell 83, 813.

5. Ricote, M. et al (1998) Nature 391, 79.

6. Jiang, C. et al (1998) Nature 391, 82.

7. Rossi, A. et al (2000) Nature 403, 103.

8. Negishi M and Katoh H. (2002) Prostaglandins & other Lipid Mediators 68-69, 611.

9. Ono K. et al (1987) Adv Prostaglandin Thromboxane Leukot Res. 17B, 976.

10. Oliva J.L. et al (2003) Proc Natl Acad Sci U S A 100, 4772.

11. Auwerx J. et al (1999) Cell 97, 161.

12. Straus D. and Glass C.K. (2001) Med. Res. Rev. 21, 185.

13. Hihi A.K. et al (2002) Cell. Mol. Life Sci. 59, 790.

14. Boitier E. et al (2003) Comparative Hepatology 2, 3.

Приложение 1.

Рецептор.

Рисунок 9. Взаимодействие лиганд- ядерный рецептор.

Источник: Nature 1988 Jan 7;331(6151):91-4 Identification of a new class of steroid hormone receptors.
Giguere V, Yang N, Segui P, Evans RM. Лиганды (на рисунке стероидные гормоны) проникают сквозь плазматическую мембрану и соединяются с ядерными рецепторами, которые стимулируют транскрипцию их генов-мишеней. Рецепторы к стероидным гормонам связываются с ДНК в качестве димеров.

Рецепторы - это специальные соединения на поверхности или внутри клеток органа-мишени, которые связывают гормон (в общем случае лиганд), доставляемый к его месту действия кровью, и, как следствие такого связывания, индуцируют реакции (или серию реакций), обеспечивающие конечный эффект гормона (лиганда).

Гормональные рецепторы являются крупномолекулярными белками, способными нековалентно связывать гормон, и делятся на две группы в зависимости от типа связываемого гормона.

Липофильные гормоны (стероиды, тироиды) легко проходят через клеточную мембрану и связываются с рецептором, локализованном либо в цитоплазме, либо в ядре клетки.

Гидрофильные гормоны, не способные проникать внутрь клетки, связываются с рецепторами на поверхности клетки, что обеспечивает запуск передачи сигнала внутри клетки.

Независимо от локализации, рецепторы имеют ряд общих характеристик.

1. Рецепторы имеют высокое сродство к соответствующему гормону, так что значительное связывание происходит при довольно низкой концентрации гормона, обычно наблюдаемой в циркуляции. Из-за прочного связывания, гормоны часто остаются связанными с рецепторами и таким образом удлиняют свое биологическое действие.

2. Рецепторы обнаруживают высокую степень структурной специфичности: рецептор для данного гормона будет связывать только этот гормон или близкородственное соединение. Обычно существует хорошая корреляция между сродством рецептора к гормональному аналогу и биологической активностью этого аналога.

3. Рецептор обнаруживает тканевую специфичность, и значительное содержание рецептора обнаруживается только в ткани-мишени этого гормона. Таким образом, тканевая и структурная специфичность рецепторов обеспечивает то, что гормон действует только в своей ткани-мишени.

4. Связывание гормона с рецептором вызывает соответствующий биологический ответ.

PPAR.

PPAR принадлежат суперсемейству стероидных/тироидных ядерных гормональных рецепторов. Они найдены во многих видах, включая Xenopus , мышь, крыса, человек. Имеется 3 изоформы (a, b/d, g) соответственно NR1C1, NR1C2 и NR1C3, согласно единой номенклатуры ядерных рецепторов, которые имеют типичный домен организации ядерных рецепторов [11]. N-концевой A/B домен содержит лиганд-независимую функцию трансактивации. В a и g изотипах активность этого домена может регулироваться фосфорилированием MAPK. C- конец – это DNA связывающий домен с типичным мотивом “two zinc-finger-like», как ранее было показано для стероидных рецепторов. E/F домен – связывает лиганд. Он содержит лиганд-зависимую функцию трансактивации, AF-2, и способен взаимодействовать с коактиваторами транскрипции, такими как SRC-1 и CBP, в лиганд-зависимой манере. PPAR действуют как промотеры генов-мишеней как гетеродимеры с обязательным партнером RXR (NR2B), ядерном рецепторе для 9-cis ретиноидной кислоты. Для сравнения изоформ смотри обзор [12, 14].

Лиганд-связывающий домен PPAR (LBD)

Содержит трансактивационную функцию, которая впервые была охарактеризована в опытах по трансфекции, использующих PPAR LBD сплавленный с DNA-связывающим доменом рецепторов к эстрогену. Эти исследования показали, что соединения, вызывающие пероксисомную пролиферацию способны активировать PPAR. Дальнейшие исследования показали, что PPARs могут быть активированы множеством полиненасыщенных жирных кислот в микромолярном концентрационном диапазоне, а также маленькими синтетическими молекулами типа тиазолидиндионов и L-тирозин анологи в наномолярном диапазоне. Наблюдаемые различия в лигандах к PPAR привели к предположению, что они отражают некоторые необычные свойства лиганд-связывающего домена. Тем не менее, PPAR LBD представляет общую трехмерную складку, очень похожую на другие рецепторы. PPARa, PPARb/d, PPARg LBD состоят из 13 a-спиралей и маленкого четырех-скрученного b листа, образующих большой Y-образный гидрофобный карман. Этот карман представляет лиганд-связывающую полость и имеет объем примерно 1300 А³ , что вдвое больше, чем у других ядерных рецепторов. Например, лиганд-связывающая полость тироидного рецептора имеет объем около 600 А³ . В случае PPARb/d и -g, лиганд занимает ~ 30-40% кармана, в противоположность тироидному рецептору, где лиганд заполняет около 90% кармана. Кроме большого размера, другая характерная черта PPAR-связывающего кармана заключается в том, что нижняя часть запечатывается спиралью 2, которая отсутствует в других ядерных рецепторах. Эта особенная спираль может увеличивать размер кармана, и возможно участвует во входящем канале для лиганда. Положение лиганда в PPARb LBD была определена для EPA. EPA взаимодействует врямо с С-концевой спиралью, содержащей the activation function 2 core (ядро). Его гидрофобный хвост может принимать 2 конформации внутри полости, каждая из которых стабилизируется гидрофобным взаимодействием с LBD. Однако, карман PPARb LBD отчасти узковат в области AF-2 спирали, что затрудняет прием некоторых лигандов, таких как тирозин-содержащих молекул, что и вносит вклад в особенности связывания на этом подтипе. Интересно, что структурное выравнивание лиганд-связывающих полостей PPAR a and PPARg в сочетании с анализом мутантов, показало, что селективность лигандов зависит от идентичности одной аминокислоты в спирали 5 (тирозин в PPAR a и гистидин в PPARg . Эта селективность кажется консервативной между различными классами лигандов и соответствует внутренним свойствам рецепторов. Характеристики PPARb LBD дают представления о предрасположении PPARs к взаимодействию к различным натуральным и синтетическим лигандам.

Таблица 1. Лиганды PPAR (подчеркнуты эндогенные лиганды).