Функциональная аннотация бактериальных геномов М.Гельфанд (ИППИ РАН) Пятый съезд Общества биотехнологов России 3.11.2008 1 Функциональный анализ транспортеров • Предсказание общей функции – гомология – анализ трансмембранных сегментов • Отнесение к функциональной подсистеме (метаболическому пути) – ко-локализация – ко-регуляция • Предсказание специфичности – анализ филогенетического профиля • конечный продукт биосинтетического пути: присутствует в геномах, не имеющих пути (импорт заменяет биосинтез) • промежуточный продукт биосинтетического пути; может заменять часть пути «выше по течению» • исходный продукт катаболического или биосинтетического пути: не встречается в геномах, где этот путь отсутствует 2 Рибопереключатель RFN: регуляторный механизм Transcription attenuation Translation attenuation 3 YpaA/RibU: транспортёр рибофлавина • 5 предсказанных ТМ-сегментов => потенциальный транспортёр • регуляторный RFN-элемент => корегуляция с генами метаболизма рибофлавина => транспорт рибофлавина или предшественника • S. pyogenes, E. faecalis, Listeria: есть ypaA, нет генов биосинтеза рибофлавина => транспорт рибофлавина Предсказание: YpaA – рибофлавиновый транспортёр (Gelfand et al., 1999) Проверка: • генетический анализ (Кренева и др., 2000) • биохимический эксперимент (Burgess et al., 2006) 4 Биотиновый транспортер BioY 5 Метаболическая реконструкция тиаминового биосинтеза = thiN (confirmed) Transport of HMP Transport of HET (Gram-positive bacteria) (Gram-negative bacteria) 6 yuaJ(=thiT): тиаминовый транспортер (возможно, H+зависимый) в фирмикутах • 6 предсказанных трансмембранных сегментов • Почти всегда регулируется THI-рибопереключателями • Встречается в геномах, в которых отсутствует тиаминовый путь (Streptococci); • В B. cereus импорт тиамина сопряжен с током протонов (Arch. Microbiol., 1977) 7 thiX-thiY-thiZ и ykoF-ykoEykoD-ykoC: предсказанные АТФзависимые транспортеры HMP • Почти всегда регулируются THI-рибопереключателями • Не встречаются в геномах, в которых отсутствует тиаминовый путь • Всегда встречаются вместе с thiD и thiE • В ряде геномов (Pasteurellacee, Brucella некоторые фирмикуты) встречаются в отсутствие thiC 8 Co и Ni • ко-локализация (хромосомные локусы) – транспортеры Ni – с генами никель-зависимых ферментов – транспортеры Co – с генами синтеза кобаламина • ко-регуляция – транспортеры Ni – фактор транскрипции NikR – транспортеры Co – рибопереключатель В12 Add-I g aN t C t Gg cg N R N N P2 N A A G G G a N a a C c y G C d c P1 r N g k c tG y G h C c G C P3 h a C K G T r a P4 r A G Y C C d C G M B12 box k G C g A C BII VS P5 A g c C P6 Add-II CTG c gG GGY AG A The Bacillus/ Clostridium group γ-proteobacteria a g P0 5' BI Facultative stem-loop 3' base stem Other taxonomic groups 9 Пять семейств транспортеров 10 Новое семейство транспортеров Co и Ni + CbiN CbiM Ni2+ Co2+ NikM + NikN + NikL, NikK + NikL 11 Структура локусов гены B12-элемент сайт связывания NikR 12 Структура cbiO=NikO~bioM cbiQ=NikQ~bioN 13 Проверка: тест на транспорт ионов Co Co Ni Ni Ni Co 14 Для транспорта достаточно компонент МN (первый пример такого АВС-транспортера) cbiMNQO cbiMNQ cbiMN cbiM контроль 15 Вспомним BioY. Действительно, BioY достаточно; у BioMNY более крутая кинетика 16 17 18 Экспериментальные подтверждения рибофлавин тиамин фолат 19 • Дмитрий Родионов – регуляция транскрипции – метаболическая реконструкция – идентификация транспортеров • Алексей Витрещак – рибопереключатели • Андрей Миронов – программное обеспечение • • • • Томас Хеббельн (Берлин) – Cо, Ni, биотин Андрей Остерман (Сан Диего) – рибофлавин Эндрю Хансон (Флорида) – тиамин Дирк Слотблум (Гронинген) – фолат • • • • Медицинский институт Ховарда Хьюза INTAS РФФИ Программа «Молекулярная и клеточная биология» РАН 20