Mutacje sprzężone Zjawisko występowania mutacji wzajemnie zależnych

Prezentacja na temat: "Mutacje sprzężone Zjawisko występowania mutacji wzajemnie zależnych"— Zapis prezentacji:

1 Mutacje sprzężone Zjawisko występowania mutacji wzajemnie zależnych
Jest to pozytywna selekcja jednej mutacji uwarunkowana pojawieniem się innej mutacji w innym miejscu. Zgodnie z aktualną hipotezą pozytywnej selekcji darwinowskiej na poziomie molekularnym, mutacje sprzężone odnoszą się do obszarów będących w bezpośrednim kontakcie, związane są z interakcją białko-białko oraz mają na celu zachowanie ogólnych własności strukturalnych i funkcjonalnych cząsteczki (dotyczą elementów biologicznie aktywnego centrum w białku)

2 Mutacje sprzężone a oddziaływanie wewnątrzcząsteczkowe

3 Mutacje sprzężone a oddziaływanie międzycząsteczkowe
Białko A Białko B

4 Triada katalityczna papainy Triada katalityczna trypsyny
Trypsyna Papaina

5 TRYPSYNA

6 PAPAINA

7 Badania teoretyczne nad występowaniem i charakterystyką
mutacji sprzężonych przeprowadzono na następujących niespokrewnionych rodzinach białek homologicznych: Rodzina inhibitorów proteinaz z nasion dyniowaych (45 sekwencji) Rodzina inhibitorów proteinaz typu egliny (25 sekwencji) Rodzina inhibitorów typu Bowmana-Birk (52 sekwencje) Mioglobiny (74 sekwencje) Lizozymy (56 sekwencji)

8

9

10

11

12 Relatywny skład aminokwasowy białek typu eglina i inhibitorów proteinaz typu Bowman-Birk
5 10 15 20 25 A C D E F G H I K L M N P Q R S T V W Y Skład aminokwasowy [%] Egliny inh. typu Bowman-Birk Relative amino acid composition – eglins and BBI

13 typu eglina i rodzinie inhibitorów Bowman-Birk INHIBITORY BOWMAN-BIRK
Aminokwasy występujące w zmiennych pozycjach białek typu eglina i rodzinie inhibitorów Bowman-Birk BIAŁKA TYPU EGLINA 8 KR EILV 9 -ELNQRST DL 10 EFMQRST ANS 11 FW DGM 12 P GQSTV 13 EHQ AFHINPV 14 LV W 15 CILV AFIV 16 EG T 17 ACKLMSTV AEKLMQT 18 DGPRST DEN 19 AGITV EFILY 20 ADEKLS DKLNR 21 ADEFKLQVY 56 CFILPY 22 A DEKNQ 23 AEKMRV R 24 AEGKQT IV 25 -U1IKTVY FR 26 FIV ILV 27 EKLQT FLWY 28 AEKLQRT DNVY 29 DEHQ ADHNT 30 KMNRY DEIKLPRV 31 PSV AGLNRS 32 DEKLNQRS DGNT 33 AILVY DFIKLNSTY 34 DEKQRST IV 35 -AINV ANTV 36 -E DKNQRSZ 37 -V AHIMPTV 38 -EHIQY ASV 39 -FILTV P 40 -LMSV AHKQRSTV 41 -P IV 42 -EHIQRS AGT INHIBITORY BOWMAN-BIRK 3 -DEKQST ADET 4 -RSTVY C 5 -KPST DEKLNS 6 EGHKPSTW ADEFGHKLRST 7 AEGKP C 8 C AEGILMV 9 C CEKP 10 DNRS ANRSTV 11 EFHIKLQRST EFHKLRTVY 12 ACQ DGS 13 -ADFIKLMPRSTV DEFIMNQSY 14 C DPS 15 C AGPS 16 AKR KLMPQR 17 S CHR 18 DEFIKMNQR FHIQRSVY 19 P I 20 AP C 21 EFIKMQT ABEFGLQTVY 22 C DN 23 HQRSTV IMQTV 24 C DHKNQTY 25 AEHMNQRSTV DHIKNRTV 26 DNQ FGY 27 -IKLMQTV CDI 28 GLRV HPTY 29 DEFIL ADEGKP 30 DEKNQRT AKPQS 31 -S MT 32 C C 33 AHPS DEHKNR 34 ADS DENPS

14 Profile zmienności pozycji w sekwencjach mioglobin i lizozymów

15 Identyfikacja mutacji sprzężonych za pomocą programu MACAW

16 Program FEEDBACK – przeznaczenie i interpretacja wyników
Program FEEDBACK służy do szczegółowej analizy zestawień sekwencji homologicznych w celu identyfikacji i lokalizacji występujących w nich mutacji sprzężonych. Program dostarcza informacji o występujących aminokwasach we wszystkich pozycjach sekwencji w obecności danego aminokwasu w wybranej pozycji. Wyniki końcowe przedstawione są w postaci tabeli MS Excel Program dostępny jest za darmo.

17 Corm http://tarawa.icm.edu.pl/agorecki/corm
Location and characterization of correlated mutations occuring in proteins

18 Korelacja rozproszona
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w białkach typu eglina. Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej egliny C (P01051) Korelacja rozproszona Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 67 67 [–DGNT] D (8) G (9) 10 [–ELNQRST] ET LNQRS

19 Wąski klaster pozycji sprzężonych
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w białkach typu eglina. Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej egliny C (P01051) Wąski klaster pozycji sprzężonych Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 34 34 [DEKQRST] T (10) Q (6) 15 [CILV] CIL V 17 [DGPRST] PR ST 27 [EKLQT] EQ KL 28 [AEKLQRT] KT EQR 30 [KMNRY] N KM 32 [DEKLNQRS] KLS DEN 56 [CFILPY] C IP 68 [–DFIKLNSTY] DFI –KNT

20 Rozległy klaster pozycji sprzężonych
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w białkach typu eglina. Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej egliny C (P01051) Rozległy klaster pozycji sprzężonych Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 30 30 [KMNRY] K (6) N (15) 18 [DGPRST] S DGPRT 27 [EKLQT] L EQ 29 [DEHQ] D 33 [AILVY] A ILV 35 [–AINV] IV –AN 68 [–DFIKLNSTY] –NS DFIKLSY

21 Korelacja rozproszona
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w rodzinie inhibitorów typu Bowman-Birk Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej inhibitora typu Bowman-Birk z soji (P01055) Korelacja rozproszona Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 29 29 [DEFIL] L (37) E (12) 6 [EGHKPSTW] EGKST W 13 [–ADFIKLMPRSTV] –AFILPRT M 40 [AEGILMV] AILMV E 48 [KLMPQR] KLMQ R

22 Wąski klaster pozycji sprzężonych
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w rodzinie inhibitorów typu Bowman-Birk Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej inhibitora typu Bowman-Birk z soji (P01055) Wąski klaster pozycji sprzężonych Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 13 13 [–ADFIKLMPRSTV] L (11) M (10) A (8) 4 [–RSTVY] V –S S 5 [–KPST] K 7 [AEGKP] A P 11 [EFHIKLQRST] T EHQ 21 [EFIKMQT] Q EQ

23 Rozległy klaster pozycji sprzężonych
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w rodzinie inhibitorów typu Bowman-Birk Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej inhibitora typu Bowman-Birk z soji (P01055) Rozległy klaster pozycji sprzężonych Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 25 25 [AEHMNQRSTV] A (15) V (9) 11 [EFHIKLQRST] EFKLRS HQ 23 [HQRSV] Q R 50 [FHIQRSVY] HRS FI

24 Korelacja rozproszona
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w mioglobinach . Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej ludzkiej mioglobiny (P0244, pdb1bzp) Korelacja rozproszona Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 74 74 [AGPQST] A (6) G (49) N (9) 128 [ABEHQ] Q BEHQ 137 [ILNSV] L ILNSV

25 Wąski klaster pozycji sprzężonych
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w mioglobinach . Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej ludzkiej mioglobiny (P0244, pdb1bzp) Wąski klaster pozycji sprzężonych Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 23 23 [AEGST] A (7) G (55) S (10) 22 [AEGPSTV] PST AEGPSTV P 26 [EGHKLQ] LQ EGHQK Q 27 [ADEFLNT] AEN ADEFT E 30 [ILMTV] IL IMTV I 53 [ADEGQ] DEQ ADEG D 54 [ADEILQ] AEL DELQ 59 [ADEF] DE ADEF 128 [ABEHQ] ABEHQ

26 Rozległy klaster pozycji sprzężonych
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w mioglobinach . Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej ludzkiej mioglobiny (P0244, pdb1bzp) Rozległy klaster pozycji sprzężonych Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 127 127 [AMSTV] A (58) S (7) 27 [ADEFLNT] ADEFNT E 31 [GKRS] GKRS R 78 [AKLQ] K ALQ 109 [DEGNT] DEGT 116 [AEHKQST] AEHKQS A 117 [AEKNQS] AEKQS 122 [BDEN] BDEN D

27 Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w lizozymach
Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej lizozymu ze szczura (P00697, pdb5lyz) Korelacja rozproszona Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 80 80 [GHKNR] G (7) H (31) N (16) 30 [ILMV] MV ILMV V 40 [DFKNR] DN N FKNR

28 Wąski klaster pozycji sprzężonych
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w lizozymach Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej lizozymu ze szczura (P00697, pdb5lyz) Wąski klaster pozycji sprzężonych Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 59 59 [FL] F (38) L (18) 26 [–ILMV] –ILMV L 33 [AISTV] AISTV A 44 [FIMRTVY] FIMRTVY T 54 [–KRSTY] –KRSTY 84 [AKNRS] AKNRS S

29 Rozległy klaster pozycji sprzężonych
Trzy rodzaje rozmieszczenia pozycji sprzężonych w lizozymach Lokalizację i rozmieszczenie sprzężonych pozycji przedstawiono na przykładzie struktury III-rzędowej lizozymu ze szczura (P00697, pdb5lyz) Rozległy klaster pozycji sprzężonych Nr pozycji i reszty w nich występujące Sprzężenie z pozycją 126 126 [–DWY] W (16) Y (36) 13 [–ILM] M IL 15 [–AEKNQRS] R AEKNQRS 20 [DEGKN] KN DG 27 [–AEGPR] G AEP 44 [FIMRTVY] T FIRTY 46 [GHKNPRTY] GHNRY 105 [–AGHPQRV] GRV –APQ 109 [DGKNQRST] N GKRST 121 [–HKQRT] HKQR

30

31 PROFILE ZMIENNOŚCI I MUTACJE SPRZĘŻONE W RODZINACH KINAZ

32

33 Profil zmienności w strukturze trzeciorzędowej
Profil zmienności w strukturze trzeciorzędowej. Na podstawie heksokinazy o kodzie pdb 1HKB

34 Profil zmienności w strukturze trzeciorzędowej
Profil zmienności w strukturze trzeciorzędowej. Na podstawie receptorowej tyrozynowej kinazy o kodzie pdb 1IRK

35 Profil zmienności w strukturze trzeciorzędowej
Profil zmienności w strukturze trzeciorzędowej. Na podstawie kinazy o kodzie pdb JAK3

36 Profil zmienności w strukturze trzeciorzędowej
Profil zmienności w strukturze trzeciorzędowej. Na podstawie cAMP zależnej kinazy o kodzie pdb 1ATP

37 Mutacje sprzężone Wykryte i przeanalizowane za pomocą programu Corm
HKB 181 % 81 130 188 224 343 E 50 ILM IKV LM CT DE V 40 LY IL AEL ACV -EH JAK 95 17 34 69 71 182 186 238 240 K 23 KLM KST CG ES -KV -AK -GNR -ILPR R 24 LS AH CSW DEG IK AQ P

38 Mutacje sprzężone z Ile15. cAMP zależna kinaza o kodzie pdb 1ATP.

39 Mutacje sprzężone z Val80. Niereceptorowa kinaza tyrozynowa JAK

40 Mutacje sprzężone z Glu181. Heksokinaza ludzka, o kodzie pdb 1HKB

41 Mutacje sprzężone z Val102
Mutacje sprzężone z Val102. Receptorowa kinaza tyrozynowa, o kodzie pdb 1IRK

42 WNIOSKI Prawie 50% wszystkich obserwowanych mutacji sprzężonych odnosi się do pozycji oddalonych od siebie (nie są w bezpośrednim kontakcie ani nie oddziałują ze sobą) Sprzężenie rozproszone występuje powszechnie w różnych rodzinach białkowych niezależnie od ich funkcji biologicznej i mechanizmu stabilizacji struktury III-rzędowej Zjawisko mutacji sprzężonych nie odnosi się wyłącznie do oddziałujących ze sobą reszt lub reszt determinujących aktywność biologiczną białka Pozycje wykazujące się sprzężeniem mutacyjnym charakteryzują się często zróżnicowanym zakresem zmienności Przyjęta obecnie hipoteza pozytywnej selekcji darwinowskiej na poziomie molekularnym tylko częściowo tłumaczy mechanizm i sens występowania mutacji sprzężonych