Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики - Джон Ригден 2014

Методы биоинформатики для изучения структуры и функций неупорядоченных белков
Ограничения методов предсказания функций БПН
Быстрая эволюция БПН

Как уже ясно из предшествующих разделов, предсказание функций БПН по последовательности полно неясностей. Сложности, сопровождающие процесс предсказания, можно преодолевать различными способами, которые, однако, тесно переплетены: их основу составляют быстрая эволюция БПН и автономность последовательности от функций. В заключительном разделе они будут обсуждаться более подробно.

Быстрая эволюция БПН/ОПН была продемонстрирована непосредственно путем сравнения частот аминокислотных замен в неупорядоченных и глобулярных областях тех белковых семейств, в которых одновременно представлены оба типа областей (Brown et al. 2002). Для 26 таких семейств посредством сравнения каждой пары последовательностей во множественных выравниваниях был рассчитан статистический показатель изменчивости (среднее генетическое расстояние). Результаты показали, что в 19 семействах неупорядоченные области эволюционируют гораздо быстрее, чем упорядоченные; в 5 семействах скорость эволюции почти одинакова; и лишь в 2 семействах скорость эволюции для неупорядоченных областей заметно ниже, чем для упорядоченных. В отношение функций установить простые правила нельзя, поскольку к числу быстро эволюционирующих областей принадлежат участки связывания белков, ДНК и РНК, эти области также могут служить гибкими линкерами. В случае медленно эволюционирующих неупорядоченных областей наблюдается более четкая картина: большинство из них участвуют в связывании ДНК, а также составляют крупные участки взаимодействия с молекулами-партнерами. Эти участки, в которых осуществляются взаимодействия, вероятно, служат ограничивающим фактором, определяющим приемлемые изменения в последовательности (Brown et al. 2002).

Обсуждаемый вопрос был рассмотрен в двух исследованиях. Холт и Сойер сравнили частоты замен в транслируемых и нетранслируемых участках гена казеина (Holt and Sawyer 1988). Было установлено, что участок, кодирующий аминокислотную последовательность, эволюционирует быстрее, т.е., по-видимому, подвергается меньшим эволюционным ограничениям, чем нетранслируемый участок, отвечающий за регуляцию трансляции. В другом исследовании Додрилл и его коллеги (2007) анализировали процесс эволюции и функции неупорядоченной области линкера, соединяющего два глобулярных домена в субъединицу А белка репликации RPA70 размером 70 кДа (Olson et al. 2005). Изучение темпов эволюции показало, что область линкера отличается большой изменчивостью, при этом множество участков эволюционируют со средней скоростью. Гибкость линкера изучали с помощью ЯМР-спектроскопии. Прямые способы измерения гибкости основной цепи, такие как дипольное взаимодействие остатков и время броуновской переориентации, показали, что характер гибкости основной цепи сохраняется, несмотря на большую изменчивость последовательности. Эти результаты подчеркивают, что выраженная изменчивость последовательности совместима с сохранением функций, что, в свою очередь, сильно осложняет попытки прогнозирования функций.