Функциональные классы белков, содержащих АФП 14–20-подобные мотивы Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 577.217.5;577.112.7

© Н.Т. Молдогазиева, И.М. Мохосоев, A.A. Терентьев, 2011

Н.Т. Молдогазиева, И.М. Мохосоев, А.А. Терентьев

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ КЛАССЫ БЕЛКОВ, СОДЕРЖАЩИХ АФП14-20-ПОДОБНЫЕ МОТИВЫ

ГОУ ВПО «Российский государственный медицинский университет имени Н.И. Пирогова»,

г. Москва

С помощью функциональной аннотации белков, представленной в базе данных Swiss-Prot, показано, что подавляющее большинство белков, содержащих АФП14_2о-подобные мотивы, так или иначе, участвуют в регуляции эмбрионального развития и опухолевого роста.

Ключевые слова: альфа-фетопротеин, эмбриогенез, онкогенез.

N.T. Moldogazieva, I.M. Mokhosoev, A.A. Terentiev FUNCTIONAL CLASSES OF PROTEINS, WHICH CONTAIN AFP14_20-LIKE MOTIFS

Using the annotated data base Swiss-Prot it was shown that the majority of proteins which contain the AFP14_20-like motifs, are able to participate in regulation of embryonic development and tumor growth.

Key words: alpha-fetoprotein, embryogenesis, carcinogenesis.

В настоящее время известно, что, наряду с глобулярными доменами, в молекулах белков существуют другие виды структурных модулей, имеющих функционально значение. Одними из таких модулей являются короткие линейные мотивы состоящие, в основном, из 3-10 аминокислотных остатков (а.о.) [4, 8]. Короткие пептидные мотивы могут опосредовать белок-белковые взаимодействия, участвовать в передаче сигала внутрь клеток, регуляции клеточного цикла и др. Одними из таких мотивов могут являться обнаруженные нами в составе различных физиологически активных белков АФП14-20-подобные гептапептидные мотивы. Эти мотивы представляют собой высококонсервативные аминокислотные последовательности, сходные с одним из биологически активных участков альфа-фетопортеина (АФП). Этот участок имеет состав LDSYQCT и занимает а.о. 14-20. Вначале он был обнаружен как участок сходный с частью рецепторсвязывающего участка эпидермаль-ного роста (ЭФР) [1]. В последующем сходные участки были обнаружены в составе других факторов роста семейства ЭФР, а также в составе ЭФР-подобных модулей других белков [4].

Поиск АФП 14-20-подобных мотивов. Для обнаружения коротких аминокислотных последовательностей в составе физиологически активных белков, сходных с последовательностью LDSYQCT, нами был использован метод локального выравнивания (поиска участков локального сходства) с применением программ FASTA (University of Virginia) [3, 5, б] и BLAST (NCBI - National Center for Biotechnology Information) [2].

При использовании программы FASTA аминокислотные последовательности физиологически активных белков были извлечены из базы данных Swiss-Prot (NCBI), представляющей собой всеобъемлющую и наиболее полную базу данных по первичной структуре белков. Нами была использована разновидность программы GLFASTA (global/local protein-protein search), версия 35.04, с применением параметров по умолчанию (матрица замен Blosum50, open -12, ext -2). Программа GLFASTA, которая наилучшим образом подходит для локального выравнивания внутри белков с целью поиска сходных коротких пептидных мотивов [7]. Для программы BLAST (версия 2.2.23+) были использованы алгоритмы Blastp (protein-protein BLAST) и PSI-BLAST (Position Specific Iterated BLAST), которые наилучшим образом подходили для наших целей [2]. Поиск был произведен по всем базам данных (non-redundant protein sequences), включая GenBank, PDB, SwissProt, PIR и др. Использовались следующие параметры: max target sequences 100 (500 для PSI-BLAST), матрица замен BLOSUM62, Expect threshold 10 (PSI-BLAST threshold 0.005), word size 3.

Структурно-функциональную характеристику белков, в составе которых обнаруживались АФП14-20-подобные мотивы, осуществляли с помощью аннотированной базы данных Swiss-Prot (NCBI). Аннотации, приведенные в этой базе данных, содержат информацию обо всех возможных названиях белка; таксономическую характеристику биологического вида, из которого он выделен; данные об онтологии гена, аминокислотной последовательности и структурно-функциональных доменах белка, а также известных функциях и биологических процессах, в которых он участвует. На основании полученной информации о структуре белков нами был проведен анализ принадлежности АФП14-20-подобных мотивов тому или иному функциональному домену.

Функциональный анализ белков, содержащих АФП 14-20-подобные мотивы. Структурно-функциональная характеристика белков, в составе которых обнаруживались АФП14-20-подобные мотивы, осуществленная с помощью аннотированной базы данных Swiss-Prot (NCBI), позволила определить принадлежность того или иного белка к определенному функциональному классу. Все белки, в составе которых обнаруживались АФП14-20-

подобные мотивы, оказались принадлежащими к следующим функциональным классам - факторы роста и их рецепторы (и внутриклеточные эффекторы); факторы транскрипции; белки клеточной адгезии и их рецепторы; белки, участвующие в транспорте других белков и их внутриклеточной локализации; анти- и про- апоптотиче-ские белки; а также ферменты преимущественно, оксидоредуктазы и участвующие в биосинтезе нуклеиновых кислот и белка. При этом подавляющее большинство выявленных белков, так или иначе, принимают участие в процессах эмбрионального развития и опухолевого роста. Так, факторы транскрипции регулируют процессы пролиферации, дифференцировки и апоптоза клеток, участвуют в регуляции клеточного цикла, васкуляризации и морфогенеза, правильного формирования частей тела. Ферменты, в составе которых были обнаружены АФП14-20-подобные мотивы, оказались, преимущественно, оксидоредуктазами или участниками процессов синтеза нуклеиновых кислот и белка. Оксидоредуктазы могут принимать участие в предотвращении повреждений, развивающихся во время эмбрионального развития в ответ на окислительный стресс, а синтез нуклеиновых кислот и белка лежит в основе деления клеток и их дифференцировки.

Нами бы проведен анализ аминокислотных замен в АФП14-20-подобных мотивах 300 белков. Наиболее консервативными аминокислотными остатками в составе АФП14-20-подобных мотивов оказались цистеин, тирозин и аспарагиновая кислота, которые очень редко или довольно редко подвергаются заменам. Так, в 99,0% из 300 изученных АФП14-20-подобных мотивов остаток цистеина сохраняется, он подвергается заменам только трижды. Остаток тирозина сохраняется в 78,3% мотивов и может заменяться, преимуществнно, на остатки фе-нилаланина (около 6%) и серина (около 4%). Остаток аспарагиновой кислоты оказывается сохранным в 77,7% мотивов и наиболее часто заменяется на глутаминовую кислоту (7%) или лизин (6%). Менее сохранными оказались остатки лейцина (64% консервативности), серина (53% консервативности) и глутамина (49% консервативности). Наиболее часто остаток лейцина заменяется на гидрофобные а.о. - изолейцина, валина, фенилалани-на и метионина. Остаток серина чаще всего заменяется на остатки треонина и лизина, а также на отрицательно заряженные а.о. и их амиды - Б, Е, N и р. Остаток глутамина является достаточно вариабельным и довольно часто подвергается заменам, в основном, на гидрофильные и заряженные (как отрицательно, так и положительно) а.о.

Наиболее вариабельным в АФП14-20-подобных мотивах оказался С-концевой остаток - треонин может заменяться практически на любой а.о., за исключением Н и Среди аминокислотных остатков, на которые он наиболее часто заменяется, встречаются и те, которые заметно различаются по физико-химическим свойствам (серин, аспарагин, глутаминовая кислота, валин и др.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Терентьев А. А. Выявление гомологичных участков в первичных структурах альфа-фетопротеина, инсулина и некоторых факторов роста // Вестник РГМУ. - 1997. - № 1. - P. 76-79.

2. Altschul S.F., Madden T.L., Schaffer A.A. [et al.]. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs // Nucleic Acids Res. - 1997. - № 25. - P. 3389-3402.

3. Lipman D.J., Pearson W.R. Rapid and sensitive protein similarity searches // Science. - 1985. - Vol. 227. -P. 1435-1441.

4. Neduva V., Russel R.B. Linear motifs: evolutionary interaction switches // FEBS Lett. - 2005. -Vol. 579. - P. 3342-3345.

5. Pearson W.R. Rapid and sensitive sequence comparison with FASTP and FASTA // Methods Enzymol. -1990. - Vol. 183. - P. 63-98.

6. Pearson W.R., Lipman D.J. Improved tools for biological sequence comparison // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1988. - Vol. 85, № 8. - P. 2444-2448.

7. Smith T.F., Waterman M.S. Identification of common molecular subsequences // J. Mol. Biol. - 1981. -Vol. 147. - P. 195-197.

8. Zaretsky J.Z., Wreschner D.H. Protein multifunctionality: principles and mechanisms // Translat. Oncogenomics. - № 3. - P. 99-136.

Молдогазиева Нурбюбю Темкиевна, кандидат медицинских наук, доцент кафедры биохимии ГОУ ВПО «Российский государственный медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздравсоцразвития России, Россия, 117997, г. Москва, Островитянова, д. 1, тел. (495) 434-05-88; е-шаД: [email protected]

Мохосоев Иннокентий Маркович, кандидат медицинских наук, старший преподаватель кафедры биохимии ГОУ ВПО «Российский государственный медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздравсоцразвития России, Россия, 117997, г. Москва, Островитянова, д. 1, тел. (495) 434-05-88

Терентьев Александр Александрович, доктор медицинских наук, член-корр. РАМН, профессор, заведующий кафедрой биохимии ГОУ ВПО «Российский государственный медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздравсоцраз-вития России, Россия, 117997, г. Москва, Островитянова, д.1, тел. (495) 434-05-88, е-шаП: [email protected]