Базы данных KEGG и GO

Мой список ID:

• PLA2G12A
• PLA2G12B
• PLA2G2E
• PLA2G2F
• PLA2G2C
• PLA2G4E
• PLA2G2D
• PLA2G4F
• PLA2G2A
• PLA2G4C
• PLA2G4D
• PLA2G4A
• PLAAT3
• ACOX3
• ACOX1
• PLA2G10
• PLA2G1B
• PLA2G3
• PLA2G5
• PLA2G6
• PLB1
• ACAA1
• FADS2

Он содержит 25 ID, но частью баз данных JMJD7-PLA2G4B не распознается у человека. JMJD7 и PLA2G4B гены кодируют разные белки, но находятся в одном локусе. JMJD7 функционально имеет мало отношения к остальным белкам списка.

Исследуем функции белков, кодируемых этими генами, как метаболические, так и молекулярные, попытаемся определить общую для всех нишу обмена веществ. Все данные по Homo sapiens. Использованы сервисы GO enrichment analysis и Reacfoam, позволяющие упорядочить и удобно просмотреть и сопоставить аннотирование генов по функциям и другим свойствам их белков (в нашем случае). Оба сервиса позволяют упорядочить полученные результаты, опираясь на обогащение списка генов определенными тегами, благодаря чему легко и надежно определяются пересекающиеся и входящие друг в друга множества тегов. Reacfoam кроме этого предоставляет несколько визуальных инструментов, ускоряющих исследование функций белков и позволяющих их кратко представить.

GO enrichment analysis

Полученные результаты отсортированы по возрастанию FDR, чтобы обнаружить наиболее значимые теги, после чего вручную были определены самые значимые функциональные подмножества: например транспорт арахидоновой кислоты является подмножеством транспорта органических кислот, имея при этом столько же вхождений из списка.

Исходя из полученных результатов можно сказать, что список генов полностью относится к липидному обмену, причем 22 из 24 искомых генов относятся к катаболизму. К обмену арахидоновой кислоты относятся 13 генов. Другое значимое подмножество (20 вхождений) относится к обмену фосфолипидов: фосфатидилхолин, фосфатидилинозитол.

В группу обмена арахидоновой кислоты вошли только PLA2G… гены (Phospholipase A2 G), кроме:

• PLA2G4E
• PLA2G4C
• PLA2G4D
• PLA2G4B
• PLA2G6

Которые относятся только к обмену фосфолипидов.

В группу катаболизма липидов не вошли только гены PLA2G3 (секреторная фосфолипаза) и FADS2(Acyl-CoA 6-desaturase).

По молекулярной функции все белки обладают каталитической активностью, 20 из 24 оказались A2 фосфолипазами (даже PLB1). У шести PLA2 белков отмечается еще и PLA1 активность. Несмотря на то, что все белки отнесены к обмену липидов и имеют каталитическую активность, только 17 из них по тегам молекулярной функции связываются с липидами непосредственно, возможно, некоторые субстраты имеют высокую полярность (вероятно, ацил-CoA субстраты и незамещенные по 1 атому глицерина фосфолипиды).

По (выделяющейся) локализации 4 белка относятся к микротельцам (пероксисомам), расположение остальных вполне обычно и имеет или высокое значение P-value или близкое к единице обогащение списка.

Reacfoam

Основные категории, к которым относились указанные гены:

• Acyl chain remodeling PG, PI, PS, PE, PC (фосфатидилглицерола, фосфатидилинозитола, фосфатидилсерина и т.д.)
• Synthesis of PA
• Phospholipid metabolism (19 вхождений)
• Glycerophospholipid biosynthesis (19 вхождений)

Новая информация получается из категорий:

• Hydrolysis of lysophosphatidic acid (6)
• Alpha-linolenic and linoleic acid metabolism (3, из них только одна десатураза)

Что расширяет спектр липидов, в метаболизме которых участвуют белки из списка.

Reactfoam подтверждает данные GO о локализации в пероксисомах трех из четырех белков: ACOX1, ACAA1, ACOX3, относя их к импортируемым в пероксисому белкам. Эти белки по представленной карте метаболических процессов являются участниками бета-окисления жирных кислот.

Вывод

По результатам инструментов анализа обогащения можно сразу заметить, что белки с A2 фосфолипазной активностью имеют каждый пересекающееся с другими такими белками множество субстратов, задействованных в различных процессах, преимущественно завязанных на ремоделирование мембранных липидов и освобождение из триглицеридов субстратов для синтеза эйкозаноидов. Из пересечения их субстратов следует сложное, нелинейное описание их взаимосвязанной регуляции и эволюции.

Белки без фосфолипазной активности ACOX1, ACAA1, ACOX3 являются участниками бета-окисления жирных кислот, но, вероятно, могут выполнять и другие функции, в зависимости от локализации в клетке (пероксисома, митохондриальный матрикс), в том числе приводя к образованию ненасыщенных липидов различного назначения. Кроме того, ненасыщенные жирные кислоты, по некоторым данным, легче вступают на путь бета-окисления (хотя и нуждаются в насыщении двойной связи на определенном этапе). FADS2 же является непосредственно десатуразой и участвует в модифицировании полиненасыщенных жирных кислот.

Таким образом можно выделить наиболее общую, но не единственную, роль всех без исключения генов списка: обмен полиненасыщенных жирных кислот.

Кроме того, можно заметить, что у Reacfoam, вероятно, более качественное аннотирование, которое позволяет не потерять информацию о множестве различных субстратов фосфолипаз A2, не сводя все к высвобождению арахидоновой кислоты.