Origins of coevolution between residues distant in protein 3D structures

共同进化 残留物(化学) 变构调节 蛋白质结构 蛋白质超家族 蛋白质家族 进化生物学 生物 序列比对 计算生物学 蛋白质折叠 遗传学 生物物理学 肽序列 生物化学 基因 受体
作者
Ivan Anishchenko,Sergey Ovchinnikov,Hetunandan Kamisetty,David Baker
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:114 (34): 9122-9127 被引量:174
标识
DOI:10.1073/pnas.1702664114
摘要

Residue pairs that directly coevolve in protein families are generally close in protein 3D structures. Here we study the exceptions to this general trend-directly coevolving residue pairs that are distant in protein structures-to determine the origins of evolutionary pressure on spatially distant residues and to understand the sources of error in contact-based structure prediction. Over a set of 4,000 protein families, we find that 25% of directly coevolving residue pairs are separated by more than 5 Å in protein structures and 3% by more than 15 Å. The majority (91%) of directly coevolving residue pairs in the 5-15 Å range are found to be in contact in at least one homologous structure-these exceptions arise from structural variation in the family in the region containing the residues. Thirty-five percent of the exceptions greater than 15 Å are at homo-oligomeric interfaces, 19% arise from family structural variation, and 27% are in repeat proteins likely reflecting alignment errors. Of the remaining long-range exceptions (<1% of the total number of coupled pairs), many can be attributed to close interactions in an oligomeric state. Overall, the results suggest that directly coevolving residue pairs not in repeat proteins are spatially proximal in at least one biologically relevant protein conformation within the family; we find little evidence for direct coupling between residues at spatially separated allosteric and functional sites or for increased direct coupling between residue pairs on putative allosteric pathways connecting them.

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