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

Методы биоинформатики для изучения структуры и функций неупорядоченных белков
Ограничения методов предсказания функций БПН
Независимость последовательности и функции и неопределенность

В соответствии с вышеизложенными положениями некоторые последние исследования с использованием мутагенеза были направлены на изучение нетрадиционной связи между последовательностью и функциями БПН. В этих исследованиях последовательности функциональных областей шифровались и смешивались; при этом было обнаружено, что функции белков нечувствительны к рандомизации. Явление получило название автономности последовательности (Ross et al. 2005; Tompa and Fuxreiter 2008). Полученные результаты подчеркивают, насколько ограничены наши представления о связи между последовательностью и функциями БПН.

Классическим примером служат факторы транскрипции, в которых кислый транс-активаторный домен (ТАД) Gen4p можно заменить случайными кислыми сегментами без заметной потери биологической активности (Hope et al. 1988). Эта закономерность, вероятно, имеет всеобщий характер, что привело к появлению предположения, согласно которому сборка комплекса преинициации транскрипции, возможно, не требует характерной строгой геометрической комплиментарности, которая необходима при специфическом белок-белковом распознавании (Sigler 1988). В более позднем и весьма подробном исследовании для химерного фактора транскрипции EWS белка слияния (EPF, от “EWS fusion protein”) было обнаружено похожее поведение (Ng et al. 2007). В ТАД EFP с высоким содержанием повторяющихся последовательностей одиночные повторы можно свободно чередовать, располагая последовательности в случайном или даже в обратном порядке; функции EFP при этом сохраняются.

Автономность последовательностей также показана для двух других систем - гистонов-линкеров и прионов. В случае гистонов-линкеров исследовали область связывания фактора фрагментации ДНК 40 (DFF40) апоптической нуклеазы. Было установлено, что любой участок С-концевого домена (CTD, от “C-terminal domain”), имеющий достаточную длину, может связывать и активировать фермент, независимо от его первичной последовательности и положения в интактном CTD (Hansen et al. 2006). В случае прионов дрожжей Ure2p и Sup35p образование амилоида является еще одним общим примером автономности последовательности распознавания (Ross et al. 2005). Эти физиологические прионы, вероятно, обеспечивают клеткам хозяина преимущество при отборе (Wickner et al. 1999). Они содержат богатые Q/N неупорядоченные прионные домены, которые можно располагать в случайном порядке без потери прионоподобных свойств белка (Ross et al. 2005).

Отчасти на этих данных основана концепция неопределенности (Tompa and Fuxreiter 2008). Неопределенность - представление о неупорядоченности связанного БПН, для которого характерны два, возможно, взаимосвязанных, состояния. В некоторых случаях молекулярное распознавание и связывание молекулы-партнера не сопровождаются укладкой, или упорядочиванием, БПН, как это описано для ξ-цепей рецептора Т-клеток (Sigalov et al. 2004) и белка гена umuD (Simon et al. 2008). В других случаях при связывании белок не приобретает единственную доминирующую структуру, а имеет множество состояний, которые можно рассматривать как полиморфизм в связанном состоянии. Такое поведение наблюдается в случае фактора 4 Т-клеток (Tcf4) при связывании с ß-катенином (Graham et al. 2001) и в случае сигнального белка ядерной локализации (NLS) при связывании с а-импортином (Fontes et al. 2000). Несомненно, описанное явление ограничивает возможности предсказания функций БПН, поскольку оно противоречит идее строгого соотвествия между последовательностью белка и его функциями.