Анализ структуры белка SaHPF Staphylococcus aureus

Р.Х. Аюпов, Н.И. Акберова

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

SaHPF (Staphylococcus aureus hibernation promoting factor) – белок инактивации рибосомы бактерии стафилококка золотистого. Структура белка, представленная двумя доменами и петлей между ними, была предсказана с помощью биоинформатических методов. Проведенное сравнение первичной последовательности белка SaHPF с последовательностями известных структур, определенных экспериментальными методами, выявило гомологию только для первого домена, хотя при сравнении с базой первичных последовательностей белков обнаруживается частичная гомология с другими белками на протяжении всей последовательности SaHPF. Раздельный поиск гомологии для каждого домена по отдельности выявил 10 гомологичных белков для первого домена и три гомолога для второго домена, при этом ни одна из этих гомологичных структур не имеет петли в своем составе. Сравнение пространственных структур этих гомологов с обоими доменами SaHPF показало, что гомологичные структуры и для первого, и для второго домена достаточно точно накладываются друг на друга. По крайней мере пять из выявленных гомологичных SaHPF белков структурно связаны с рибосомой, что является косвенным свидетельством качества предсказания доменной структуры SaHPF и достаточным обоснованием для моделирования его поведения. Анализ траекторий равновесной молекулярной динамики предсказанной структуры белка SaHPF методами главных компонент и нормальных мод выявил характерную коллективную подвижность аминокислотных остатков петель в областях между β-слоями в первом и втором доменах, а также в петле между доменами, что может быть функционально важным при взаимодействии белка SaHPF с рибосомой.

Ключевые слова: SaHPF, предсказание структуры белка, гомология последовательностей, гомология структур, молекулярная динамика

Благодарности. Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.

Работа поддержана РФФИ (проект № 16-34-60001_мол_а_дк).

Литература

1. Melzer M., Welch C. Thirty-day mortality in UK patients with community-onset and hospital-acquired meticillin-susceptible Staphylococcus aureus bacteraemia // J. Hosp. Infect. – 2013. – V. 84, No 2. – P. 143–150. – doi: 10.1016/j.jhin.2012.12.013.
2. Miller L.G., Eells S.J., Taylor A.R., David M.Z., Ortiz N., Zychowski D., Kumar N., Cruz D., Boyle-Vavra S., Daum R.S. Staphylococcus aureus colonization among household contacts of patients with skin infections: risk factors, strain discordance, and complex ecology // Clin. Infect. Dis. – 2012. – V. 54, No 11. – P. 1523–1535. – doi: 10.1093/cid/cis213.
3. Polikanov Y.S., Blaha G.M., Steitz T.A. How hibernation factors RMF, HPF, and YfiA turn off protein synthesis // Science. – 2012. – V. 336, No 6083. – P. 915–918. – doi: 10.1126/science.1218538.
4. Ueta M., Wada Ch., Wada A. Formation of 100S ribosomes in Staphylococcus aureus by the hibernation promoting factor homolog SaHPF // Genes Cells. – 2010. – V. 15, No 1. – P. 43–58. – doi: 10.1111/j.1365-2443.2009.01364.x.
5. Yang J., Yan R., Roy A., Xu D., Poisson J., Zhang Y. The I-TASSER Suite: protein structure and function prediction // Nat. Methods. – 2015. – V. 12, No 1. – P. 7–8. – doi: 10.1038/nmeth.3213.
6. Raman S., Vernon R., Thompson J., Tyka M., Sadreyev R., Pei J., Kim D., Kellogg E., DiMaio F., Lange O., Kinch L., Sheffler W., Kim B-H., Das R., Grishin N.V., Baker D. Structure prediction for CASP8 with all-atom refinement using Rosetta // Proteins. – 2009. – V. 77, No 9. – P. 89–99. – doi: 10.1002/prot.22540.
7. Xu D., Zhang Y. Ab initio protein structure assembly using continuous structure fragments and optimized knowledge-based force field // Proteins. – 2012. – V. 80, No 7. – P. 1715–1735. – doi: 10.1002/prot.24065.
8. Ayupov R.K., Akberova N.I. Prediction of the three-dimensional structure of the protein SaHPF and analysis of its molecular dynamics // Int. J. Pharmacy Technol. – 2016. – V. 8, No 2. – P. 14548–14557.
9. Blast: Basic Local Alignment Search Tool. – URL: http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi.
10. Tamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 6.0 // Mol. Biol. Evol. – 2013. – V. 30, No 12. – P. 2725–2729. – doi: 10.1093/molbev/mst197.
11. Clustal Omega. – URL: http://www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalo.
12. Ayupov R.K., Akberova N.I. Molecular dynamics of the pyridoxine derivative in the acetylcholinesterase active cavity // Res. J. Pharm. Biol. Chem. Sci. – 2015. – V. 6, No 6. – P. 1717–1722.
13. Ayupov R.K., Akberova N.I. The ligand behavior on the surface of acetylcholinesterase // Res. J. Pharm. Biol. Chem. Sci. – 2015. – V. 6, No 4. – P. 2202–2206.
14. Phillips J.C., Braun R., Wang W., Gumbart J., Tajkhorshid E., Villa E., Chipot Ch., Skeel R.D., Kale L., Schulten K. Scalable molecular dynamics with NAMD // J. Comput. Chem. – 2005. – V. 26, No 16. – P. 1781–1802.
15. Salomon-Ferrer R., Case D.A., Walker R.C. An overview of the Amber biomolecular simulation package // WIREs Comput. Mol. Sci. – 2013. – V. 3, No 2. – P. 198–210. – doi: 10.1002/wcms.1121.
16. Best R.B., Zhu X., Shim J., Lopes P.E.M., Mittal J., Feig M., MacKerell A.D. Jr. Optimization of the additive CHARMM all-atom protein force field targeting improved sampling of the backbone phi, psi and side-chain chi1 and chi2 dihedral angles // J. Chem. Theory Comput. – 2012. – V. 8, No 9. – P. 3257–3273. – doi: 10.1021/ct300400x.
17. Humphrey W., Dalke A., Schulten K. VMD: Visual molecular dynamics // J. Mol. Graphics. – 1996. – V. 14, No 1. – P. 33–38. – doi: 10.1016/0263-7855(96)00018-5.
18. Pettersen E.F., Goddard T.D., Huang C.C., Couch G.S., Greenblatt D.M., Meng E.C., Ferrin T.E. UCSF Chimera – a visualization system for exploratory research and analysis // J. Comput. Chem. – 2004. – V. 25, No 13. – P. 1605–1612.
19. Usachev K.S., Efimov S.V., Kolosova O.A., Filippov A.V., Klochkov V.V. High-resolution NMR structure of the antimicrobial peptide protegrin-2 in the presence of DPC micelles // J. Biomol. NMR. – 2015. – V. 61, No 3–4. – P. 227–234. – doi: 10.1007/s10858-014-9885-4.
20. Sato A., Watanabe T., Maki Y., Ueta M., Yoshida H., Ito Y., Wada A., Mishima M. Solution structure of the E. coli ribosome hibernation promoting factor HPF: Implications for the relationship between structure and function // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2009. – V. 389, No 4. – P. 580–585. – doi: 10.1016/j.bbrc.2009.09.022.
21. Rak A., Kalinin A., Shcherbakov D., Bayer P. Solution structure of the ribosome-associated cold shock response protein Yfia of Escherichia coli // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2002. – V. 299, No 5. – P. 710–714.
22. Vila-Sanjurjo A., Schuwirth B.S., Hau C.W., Cate J.H. Structural basis for the control of translation initiation during stress // Nat. Struct. Mol. Biol. – 2004. – V. 11, No 11. – P. 1054–1059.
23. De Bari H., Berry E.A. Structure of Vibrio cholerae ribosome hibernation promoting factor // Acta Crystallogr. Sect. F: Struct. Biol. Cryst. Commun. – 2013. – V. 69, Pt. 3. – P. 228–236. – doi: 10.1107/S1744309113000961.
24. Ye K., Serganov A., Hu W., Garber M., Patel D.J. Ribosome-associated factor Y adopts a fold resembling a double-stranded RNA binding domain scaffold // Eur. J. Biochem. – 2002. – V. 269, No 21. – P. 5182–5191.
25. Kawazoe M., Takemoto C., Kaminishi T., Tatsuguchi A., Saito Y., Shirouzu M., Yokoyama S. Crystal structure of Thermus thermophilus protein Y N-terminal domain. – 2007. – URL: http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?pdbId=2YWQ. – doi: 10.2210/pdb2ywq/pdb.
26. Parsons L., Eisenstein E., Orban J. Solution structure of HI0257, a bacterial ribosome binding protein // Biochemistry. – 2001. – V. 40, No 37. – P. 10979–10986.
27. Franklin M.C., Cheung J., Rudolph M.J., Burshteyn F., Cassidy M., Gary E., Hillerich B., Yao Z.K., Carlier P.R., Totrov M., Love J.D. Structural genomics for drug design against the pathogen Coxiella burnetii // Proteins. – 2015. – V. 83, No 12. – P. 2124–2136. – doi: 10.1002/prot.24841.
28. Seetharaman J., Su M., Wang D., Janjua H., Cunningham K., Owens L., Xiao R., Liu J., Baran M.C., Acton T.B., Rost B., Montelione G.T., Hunt J.F., Tong L. Crystal structure of Lmo2511 protein from Listeria monocytogenes, northeast structural genomics consortium target LkR84A. – 2009. – URL: http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?pdbId=3K2T. – doi: 10.2210/pdb3k2t/pdb.
29. Seetharaman J., Neely H., Forouhar F., Wang D., Janjua H., Cunningham K., Owens L., Xiao R., Liu J., Baran M.C., Acton T.B., Montelione G.T., Hunt J.F., Tong L. Crystal structure of a domain of ribosome-associated factor Y from streptococcus pyogenes serotype M6. Northeast Structural Genomics Consortium target id DR64A. – 2010. – URL: http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?pdbId=3LYV. – doi: 10.2210/pdb3lyv/pdb.
30. Seetharaman J., Neely H., Wang D., Janjua H., Cunningham K., Owens L., Xiao R., Liu J., Baran M.C., Acton T.B., Rost B., Montelione G.T., Hunt J.F., Tong L. Crystal structure of Ribosome-associated protein Y (PSrp-1) from Clostridium acetobutylicum. Northeast Structural Genomics Consortium target id CaR123A. – 2009. – URL: http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?pdbId=3KA5. – doi: 10.2210/pdb3ka5/pdb.

Поступила в редакцию

28.06.16

Аюпов Рустам Хасанович, аспирант кафедры биохимии и биотехнологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: aurusta@mail.ru

Акберова Наталья Ивановна, кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии и биотехнологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: nakberova@mail.ru

Для цитирования: Аюпов Р.Х., Акберова Н.И. Анализ структуры белка SaHPF Staphylococcus aureus // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2016. – Т. 158, кн. 3. – С. 327–337.

For citation: Ayupov R.Kh., Akberova N.I. Analysis of the structure of SaHPF Staphylococcus aureus protein. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2016, vol. 158, no. 3, pp. 327–337. (In Russian)