CC BY
14Компьютерная биология
159
выраженный циркадный характер; 2) с возрастом уменьшается активность SIRT1, что в свою очередь приводит к увеличению амплитуды циркадных осцилляций активности NF-kB и усилению воспалительной реакции; 3) возрастные изменения динамики циркадного осциллятора могут быть объяснены уменьшением активности SIRT1 с возрастом.
Картографическое проецирование пространственной структуры внутренней поверхности канала коннексина-26 для лучшего понимания его функции
В. С. Сивожелезов1, С. В. Филиппов2 1Институт биофизики клетки РАН
2Институт математических проблем биологии РАН — филиал Института прикладной
математики им. М. В. Келдыша РАН
Email: [email protected]
DOI: 10.24411/9999-017A-2019-10321
В качестве примера функционально значимого представления и анализа пространственной организации макромолекулярных структур, на примере коннексинового канала предлагается его "гипсометрическая" карта, полученная цилиндрическим проецированием атомов его внутренней полости. Назначаемый проекциям атомов цвет обозначает их близость к оси цилиндра и соответствует принятым в картографии канонам.
Таким образом, красным цветом на карте отображаются "пики", и они на полученных нами картах совпадают с известными из литературы узкими местами или воротами, ранее определенными в ходе многолетних ресурсоемких вычислительных экспериментов - решением уравнений Ньютона/ Ланжевена для многоатомных систем (молекулярной динамикой) [1-3]. Подтвердив результаты цитируемых работ относительно одной из "воротных" аминокислот (A-F)Lys41, наш визуальный анализ окружения другой такой аминокислоты (A-F)Asp2 выявил вероятную ошибку в постановке задачи цитированных исследований и указал способы ее исправления.
Тем самым, наш инструмент дает остро недостающую визуальную основу для постановки задач вычислительной биофизики в системах, содержащих труднодоступные макромолекулярные активные центры.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 18-07-00354 А).
Список литературы
1. Zonta, F., Polles, G., Zanotti, G., & Mammano, F. (2012). Permeation pathway of homomeric connexin 26 and connexin 30 channels investigated by molecular dynamics. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, 29(5), 985998.
2. Alizadeh, H., Davoodi, J., Zeilinger, C., & Rafii-Tabar, H. (2018). Molecular dynamics simulation of the thermosensitivity of the human connexin 26 hemichannel. Chemical Physics, 500, 7-14.
3. Zonta, F., Buratto, D., Crispino, G., Carrer, A., Bruno, F., Yang, G., Mammano F, & Pantano, S. (2018). Cues to opening mechanisms from in silico electric field excitation of Cx26 hemichannel and in vitro mutagenesis studies in HeLa transfectans. Frontiers in molecular neuroscience, 11, 170.
Реконструкция структуры эукариотических мобильных интронов группы 2
Н. С. Кобало1, Д. Г. Воробьёв2, А. И. Куликов1, И. И. Титов3,4
1Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
2INSERM U981, Gustave Roussy Cancer Center
3Новосибирский государственный университет
4ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН
Email: [email protected]
DOI: 10.24411/9999-017A-2019-10322
Интроны группы 2 - одни из самых распространенных мобильных элементов. Предположительно от этих интронов произошли современные интроны и ретроэлементы человека. В биотехнологии ин-троны группы 2 используют в качестве специфических векторов для выключения генов.
С одной стороны, интроны группы 2 обладают инвариантной, хотя и вариабельной, вторичной и третичной структурами глобулярного типа, которая обеспечивает способность интронов к самосплайсингу
160
Секция 9
и перемещению по геному. С другой, у интронов группы 2 в большинстве случаев отсутствует сходство между последовательностями, что осложняет их компьютерный поиск и реконструкцию вторичной и третичной структур. В итоге до сих пор отсутствуют представительные коллекции структур эукариоти-ческих интронов группы 2.
На основании аннотированных в базе мобильных интронов группы 2 55 эукариотических последовательностей [1] мы полуавтоматически построили обобщенные модели вторичной структуры. Черновой вариант структуры строили с помощью алгоритма симулированого отжига, который (а) максимизировал число последовательностей с целевой вторичной структурой, минимизировал (б) ее свободную энергию и (в) время работы программы для поиска последовательностей интронов группы 2 по их вторичной структуре в генетических текстах. На втором этапе структуры корректировались вручную, а также отбирались кандидаты с необходимыми третичными взаимодействиями.
Далее мы применили полученные модели вторичной структуры интронов группы 2 для классификации и реконструкции структуры интронов группы 2 в базе RFAM [2], таким образом построив структурные модели для 1999 последовательностей. Для редких случаев гомологичных последовательностей наши модели подтверждаются присутствием коадаптивных пар. Для построенных структур интронов группы 2 мы провели анализ главных компонент параметров структуры и выявили главные структурные детерминанты.
Работа выполнена при финансовой поддержке Бюджетного проекта 0324-2019-0040. Список литературы
1. Dai, L., Toor, N., Olson, R., Keeping, A., and Zimmerly, S. (2003). Database for mobile group II introns. Nucleic Acids Res. 31: 424-426.
2. Kalvari, I., Argasinska, J., Quinones-Olvera, N., Nawrocki, E.P., Rivas, E., Eddy, S.R., Bateman, A., Finn, R.D., and Petrov, A.I. (2018). Rfam 13.0: shifting to a genome-centric resource for non-coding RNA families. Nucleic Acids Res. 46(D1):D335-D342. DOI: 10.24411/9999-017A-2019-10001 10.1093/nar/gkx1038
Проекционные "гипсометрические" карты молекулярных структур, 3Р-редактор Blender: идентификация атомов
С. В. Филиппов
Институт математических проблем биологии РАН — филиал Института прикладной
математики им. М. В. Келдыша РАН
Email: [email protected]
DOI: 10.24411/9999-017A-2019-10323
В основу нашего метода идентификации атомов положен рендеринг изображения, "параллельного" по отношению к "гипсометрической" карте [1], на котором проекция каждого атома заполняется цветом, соответствующим определенному идентификационному номеру атома. Этот номер формируется в процессе построения 3Б-модели молекулярной структуры Python-программой [2-4] в среде Blender [5] и представляет собой 15-битное целое число.
Каждые пять бит идентификатора размещаются в младших разрядах 8-битных значений цветовых RGB-компонент, определяющих цвет атома. Старшие три бита RGB-компонент одинаковы у всех атомов, принадлежащих одному и тому же химическому элементу, и определяют для него один из 512 возможных цветовых оттенков.
При построении молекулярной модели, цвета, соответствующие атомам, сохраняются в индивидуальном для каждого атома шейдере и записываются в текстовый файл - таблицу соответствия цветов PDB-обозначениям атомов.
Для наглядной идентификации атомов нами написана Python-программа, использующая библиотеки PIL [6] и TkInter [7].
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 18-07-00354 А).
Список литературы
1. Салищев К. А. "Картоведение". М.: Изд-во Московского ун-та, 1990, 400 с.
2. Филиппов С. В. Программная платформа Blender как среда моделирования объектов и процессов естественно-научных дисциплин // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша, 2018, № 230, 42 c., DOI: 10.24411/9999-017A-2019-1000110.20948/prepr-2018-230 URL: http://keldysh.ru/papers/2018/prep2018_230.pdf (дата обращения: 28.11.2018).
