стартовая / работа / проекты / Моделирование взаимодействий «белок–белок» в мембране

Взаимодействие α-спиральных пептидов в неявно заданной мембране: моделирование структуры трансмембранного димера гликофорина А методом Монте-Карло

Трудности определения пространственной структуры олигомеров мембранных белков (МБ) экспериментальными методами стимулируют развитие альтернативных подходов. Один из них — конформационный поиск методом Монте-Карло (МК) в присутствии неявно заданной мембраны. Применение этого подхода для исследования структуры олигомеров МБ основано на его успешном применении для исследования взаимодействия с мембранами различных пептидов и белков. В данном разделе описана одна из первых попыток исследования взаимодействия спиральных мембранных пептидов — на примере ассоциации трансмембранных фрагментов гликофорина А.

Результаты

Рис. 1. Схема расчета. 1 — Создание нескольких начальных структур, состоящих из двух мономеров в спиральной конформации и случайным образом расположенных в пространстве друг относительно друга и по отношению к мембране. 2 — Исследование конформационного пространства осуществляется посредством серии последовательных МК-поисков с различным числом варьируемых двугранных углов. 3 — Анализ полученных низкоэнергетических структур. Кластеризация на основании энергетических характеристик, геометрии упаковки спиралей, их положения относительно мембраны, областей взаимодействия спиралей. Гидрофобный слой мембраны показан прямоугольниками.

Применение метода позволило выявить несколько потенциальных структур димера. Область контакта между спиралями в расчетных моделях образована посредством тех же остатков, что были выявлены ранее методом мутанеза (их замена приводит к потере димеризации). Одна из моделей (модель I) близка к структуре, полученной методом спектроскопии ЯМР в мицеллах ДФХ. Наличие других моделей может объясняться несколькими причинами: (1) Структура может зависеть от особенностей окружения, и другие модели могут реализоваться, например, в бислоях. (2) Возможно одновременное существование нескольких структур, находящихся в динамическом равновесии. (3) Недостаточная точность трактовки взаимодействия с мембраной. Эта проблема может быть устранена релаксацией и исследованием поведения полученных моделей в явно заданных липидных бислоях.

ID	d, Å	Θ град.		Модель
ЯМР	7.0	−40°	SEPEITLIIFGVMAGVIGTILLISYGIRR SEPEITLIIFGVMAGVIGTILLISYGIRR
I	8.3	−27°	SEPEITLIIFGVMAGVIGTILLISYGIRR SEPEITLIIFGVMAGVIGTILLISYGIRR
II	9.5	25°	SEPEITLIIFGVMAGVIGTILLISYGIRR SEPEITLIIFGVMAGVIGTILLISYGIRR
III	6.0	55°	SEPEITLIIFGVMAGVIGTILLISYGIRR SEPEITLIIFGVMAGVIGTILLISYGIRR

Выводы

Разработанный подход позволяет эффективно исследовать конформационное пространство пептидов в присутствии мембраны и предсказывать структурные модели димеров трансмембранных α-спиралей. Полученные модели хорошо согласуются с экспериментальными данными. Несмотря на некоторую неоднозначность в определении пространственной структуры (как правило, наличие нескольких групп низкоэнергетических состояний), применение подхода оказывает существенную помощь в идентификации наиболее вероятных участков взаимодействия спираль–спираль и проектировании ТМ пептидов с заданной способностью к димеризации. В настоящее время созданный подход применяется для изучения новых биологически важных ТМ белковых олигомеров.

(Авторы: Яна Верещага, Павел Волынский, Дмитрий Нольде, Роман Ефремов).

© 2003–2007
batch2k.