Alineamiento de perfiles con HHalign

Hola,
hoy discutiré un problema habitual cuando trabajamos con familias de proteínas, el de alinear entre si dos grupos de secuencias previamente alineadas (MSAs=multiple sequence alignments) , como se ilustra en el esquema siguiente:

Dadas las secuencias del grupo 1, que hemos alineado entre si con ayuda de programas como muscle, clustal o MAFFT, y las secuencias del grupo 2, que hemos procesado de manera similar, ahora queremos ver cómo se alinean todas juntas, por ejemplo para inferir diferentes funciones o estructuras.

En el caso trivial sería tan sencillo como poner todas las secuencias en el mismo archivo y hacer un alineamiento múltiple de una vez. Sin embargo, el caso que discutimos aquí es más complicado, el que se da cuando no es sencillo alinear una secuencia del grupo 1 con otra del 2, porque han divergido bastante. Entonces podemos probar a convertir el alineamiento MSA1 a un perfil y a alinearlo contra el perfil correspondiente a MSA2, como si fuera un alineamiento pareado. Podemos incorporar, además de la información evolutiva capturada en cada perfil, información de estructura secundaria para ayudar a guiar el alineamiento.

Todo esto es sencillo de realizar con el paquete de programas HHsearch, que podemos descargar de ftp://toolkit.lmb.uni-muenchen.de/HHsearch.

Los pasos a seguir son 3:

1) Obtener archivos FASTA de MSA1.faa (30 secuencias) y MSA2.faa (35 secuencias). Para mayor precisión en el alineamiento es recomendable añadir en ambos archivos una predicción de estructura secundaria, en el formato de PSIPRED. Por ejemplo, el contenido de MSA1.faa comenzaría con las siguientes líneas:

>aa_pred
MVVSIGVFDGVHI--GHQKVL...
>ss_pred
CEEEEECCCCEEH--HHHHHH...
>ss_conf
8888617775007--889999...
>seq1 (y todas las 29 siguintes a continuación)
MVVSIGVFDGVHI--GHQKVL...

2) Convertir MSA1.faa y MSA2.faa en perfiles de Markov (MSA1.hhm y MSA2.hhm), con el ejecutable hhmake:

$ ~/soft/HHsearch/hhmake -i MSA1.faa -seq 30
$ ~/soft/HHsearch/hhmake -i MSA2.faa -seq 35

3) Alinear MSA1 contra MSA2, ya sea de manera global o local:

$ ~/soft/HHsearch/hhalign -i MSA1.hhm -t MSA2.hhm -glob -seq 65 -ofas globalMSA.faa

La salida obtenida es algo como:

REMARK: in -mac -global mode -mact is forced to 0
Query file is in HHM format
Read in HMM seq1 with 467 match states and effective number of sequences = 3.1
Query file is in HHM format
Read in HMM seq31 with 576 match states and effective number of sequences = 1.8
Using maximum accuracy (MAC) alignment algorithm ...
Printing alignments in FASTA format to globalMSA.faa 

Aligned seq1 with seq31: Score = 218.04   P-value = 1     
Done

Un ejemplo de aplicación real de esta técnica de alineamiento lo tenéis en el artículo http://www.biomedcentral.com/1471-2148/10/311 .