Эволюция специфичности к эффекторам у транскрипционных

Эволюция специфичности к эффекторам у транскрипционных факторов
семейства LacI.
Матвей Хорошкин1, Дмитрий Родионов1,2
ИППИ РАН, Москва, Большой Каретный переулок, 19, стр. 1.
2
Sanford-Burnham Medical Research Institute, La Jolla, CA, 92037, USA
khorms21@gmail.com;
rodionov@sanfordburnham.org
1
Abstract
Белки LacI-семейства контролируют экспрессию генов
углеводного метаболизма бактерий, взаимодействуя с
операторными
ДНК-последовательностями.
Взаимодействия
белка
и
ДНК
регулируется
аллостерически:
связывание
со
специфичным
эффектором влияет на конформацию белка, изменяя
его афинность к ДНК. LacI – одно из наиболее
изученных семейств транскрипционных факторов.
Согласно базе данных p2tf1, семейство на данный
момент насчитывает более 11 тысяч известных
представителей. Соответственно, среди белков LacIсемейства
велико
разнообразие
специфичных
эффекторов. В данной работе мы изучали
существование «паттернов специфичности» для
белков LacI-семейства – т.е. универсального для всех
белков семейства набора позиций, наиболее значимых
для связывания с эффектором, аминокислотные
замены в которых были бы связаны со сменой
специфичности к эффектору. Ранее были проведены
работы по определению значимых для связывания с
эффектором позиций для отдельных белков с помощью
методов
направленного
и
ненаправленного
мутагенеза2-3, а также биоинформатические работы,
в которых «паттерны специфичности» предсказывали
исходя
только
из
аминокислотных
последовательностей белков и информации о
специфичности белков к эффекторам4-6. В данной
работе мы совместили биоинформатические методы
и использование экспериментальных данных об
отдельных представителях семейства, изучив более
тысячи белков с предсказанными специфичностями.
Мы выбрали 15 наиболее значимых для специфичности
к эффектору позиций, и сравнили консенсусные
последовательности по этим позициям для 104
ортологичных групп белков. Полученные данные
говорят нам о том, что специфичность к одному
эффектору
может
осуществляться
разными
наборами
аминокислот,
и
что
зачастую
специфичность разных групп белков к одному
эффектору появляется в ходе параллельной эволюции.
References
[1] Ortet, P., et al. (2012). "P2TF: a comprehensive resource for
analysis of prokaryotic transcription factors." BMC Genomics
13: 628.
[2] Franco, I. S., et al. (2006). "Functional domains of the Bacillus
subtilis transcription factor AraR and identification of amino
acids important for nucleoprotein complex assembly and
effector binding." J Bacteriol 188(8): 3024-3036.
[3] Markiewicz, P., et al. (1994). "Genetic studies of the lac
repressor. XIV. Analysis of 4000 altered Escherichia coli lac
repressors reveals essential and non-essential residues, as well
as "spacers" which do not require a specific sequence." J Mol
Biol 240(5): 421-433.
[4] Kalinina, O. V., et al. (2004). "Automated selection of
positions determining functional specificity of proteins by
comparative analysis of orthologous groups in protein
families." Protein Sci 13(2): 443-456.
[5] Mirny, L. A. and M. S. Gelfand (2002). "Using orthologous
and paralogous proteins to identify specificity determining
residues." Genome Biol 3(3): PREPRINT0002.
[6] Mazin, P. V., et al. (2010). "An automated stochastic approach
to the identification of the protein specificity determinants and
functional subfamilies." Algorithms Mol Biol 5: 29.