Многокопийный рибосомный белок L12

Многокопийный рибосомный белок L12
Яков Давыдов
Всероссийский научно-исследовательский институт физической культуры и спорта
davydov@bioinf.ru
Ирена Артамонова
Институт общей генетики им Н. И. Вавилова РАН
Институт проблем передачи информации им. А. А. Харкевича
irenart@vigg.ru
Александр Тоневицкий
Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова
tonevitsky@mail.ru
Аннотация
шой субъединицы, который связывается с 23S rRNA
не напрямую, а посредством белка L10. В структуре
бактериального белка L10 выделяют восемь α спиралей и четыре β листа. Димеры белка L12 связываются с восьмой — последней — α спиралью белка
L10 (далее α 8). Участки связывания димеров белка
L12 расположены последовательно на спирали, между участками связывания L12 на α 8 спирали имеются изломы.
Для оценки копийности L12 мы использовали
данные предсказания вторичной структуры белка
L10.
Бактериальный рибосомный белок L12 является
единственным многокопийным белком рибосомы. В
составе рибосомы белок L12 присутствует в форме
димеров. Рибосома Escherichia coli содержит четыре молекулы белка L12, в то время, как у термофильных бактерий Thermotoga maritima и Thermus
thermophilus одна рибосома содержит шесть молекул белка L12. В данной работе мы предсказали число молекул белка L12 в рибосоме более чем
для 700 видов бактерий и описали основные эволюционные механизмы изменения числа молекул белка L12. Кроме того, разработанный метод предсказывает возможность связывания восьми молекул
белка L12 с рибосомами некоторых цианобактерий.
2. Результаты и обсуждение
Предсказание вторичной структуры белка L10
позволило нам выделить α 8 спираль (спираль, отвечающую за связывание димеров белка L12). Распределение длин α 8 спирали имеет четкую бимодальную структуру (рис. 1). Расстояние между модами образующих его распределений составляет девять аминокислот, что соответствует длине участка
связывания димера белка L12.
Таким образом, по-видимому, длина α 8 спирали
строго взаимосвязана с количеством димеров белка
L12, которое способен связать белок L10. Наша гипотеза состоит в том, что мы можем предсказать количество сайтов связывания L12 на белке L10 по длине
α 8 спирали.
Мы оценили количество сайтов связывания L12
для 754 бактерий. При разработке алгоритма мы
использовали экспериментальные данные связанные с копийностью L12 в рибосоме E. coli и T.
1. Введение
Белок L12 (также именуемый L7/L12) является единственным многокопийным белком рибосомы бактерий. В составе рибосомы белок L12 присутствует в форме димеров. Рибосома Escherichia
coli содержит четыре молекулы белка L12. В то
же время рибосома T. maritima [1] содержит шесть
молекул белка L12, как и рибосома другой термофильной бактерии — Thermus thermophilus [2].
Также экспериментально определено число молекул
L12 в рибосоме Agrobacterium tumefaciens (шесть),
Bacillus subtilis (четыре), Thermus aquaticus (шесть)
и Bacillus stearothermophilus (четыре) [3, 4].
Белок L12 является единственным белком боль-
156
оценили число молекул белка MRPL12 в рибосомах
митохондрии некоторых эукариотических организмов. В белке MRPL10 митохондрии человека, дрозофилы, дрожжей и некоторых других видов можно выделить три участка связывания, т.е. рибосома, по-видимому, содержит шесть молекул белка
MRPL12. Это совпадает с копийностью L12 большинства альфапротеобактерий — ближайших бактериальных родственников митохондрий.
В то время, как у большей части бактерий длина α 8 спирали составляла не более 47 аминокислот,
у ряда бактерий α 8 спираль была значительно длиннее (около 55 аминокислот). Большинство этих бактерий относятся к цианобактериям (сине-зеленым
водорослям).
Рис. 1. Гистограмма распределения длины α 8
спирали белка L10 бактерий.
maritima. Предсказания алгоритма совпадают с экспериментальными данными во всех случаях, включая A. tumefaciens, B. subtilis, T. aquaticus и B.
stearothermophilus.
Мотивы всех трех участков связывания белка
L10 T. maritima и его гомологов похожи. Стоит отметить, что степень сходства выше у второго и третьего участка. Это указывает на то, что эти два
участка возникли в результате дупликации (рис. 2).
Рис. 2. Лого участков связывания димеров L12
белка L10 T. maritima и его гомологов.
Рис. 3. Лого α 8 спирали белков L10 цианобактерий.
Изучение филогенетических деревьев показывает два основных сценария эволюции копийности белка L12: потеря и приобретение. Наиболее распространенным событием является потеря одного из
участков α 8 спирали белка L10 у бактерии, в рибосоме которой содержится шесть молекул белка L12,
в меньшей доли случаев происходит приобретение
вставки в α 8 спираль белка L10.
С использованием описанного выше подхода мы
В нуклеотидной последовательности гена rplJ
этих цианобактерий содержится вставка длиной 33
нуклеотида, что соответствует длине необходимой
для связывания дополнительного димера белка L12
— одиннадцать аминокислотам. Все четыре предполагаемые участки связывания димера белка L12
имеют схожие мотивы (рис. 3). Мотивы второго, третьего и четвертого участка связывания имеют более
высокую степень гомологии. Это говорит о том, что
157
эти участки возникли в результате дупликации.
Несмотря на то, что найденные бактерии относятся к типу цианобактерий, они не образуют единую монофилетическую группу. Учитывая высокую
степень сходства вставки, это свидетельствует о том,
что у общего предка цианобактерий в рибосоме содержалось восемь молекул белка L12, а впоследствии некоторые виды цианобактерий потеряли один
из димеров L12.
Список литературы
[1] M. Diaconu et al. Structural basis for the function of
the ribosomal L7/12 stalk in factor binding and GTPase
activation, Cell, 2005, pp. 991–1004.
[2] L. L. Ilag et al. Heptameric (L12)6/L10 rather than
canonical pentameric complexes are found by tandem
MS of intact ribosomes from thermophilic bacteria,
Proceedings of the National Academy of Sciences of the
United States of America, 2005, pp. 8192–7.
[3] E. S. Grebenyuk, A. A. Dokrunova, I. I. Davydov,
E. A. Tonevitsky, and A. G. Tonevitsky Studying the
copy number of ribosomal protein L7/L12, Bulletin of
Experimental Biology and Medicine, 2009, pp. 587–591.
[4] Y. Gordiyenko et al. Mass spectrometry defines the
stoichiometry of ribosomal stalk complexes across the
phylogenetic tree, Molecular & Cellular Proteomics,
2010, pp. 1774–1783.
[5] Y. Maki et al. Three binding sites for stalk protein
dimers are generally present in ribosomes from archaeal
organism, The Journal of Biological Chemistry, 2007, pp.
32827–33.
158