Практикум 6
Мои ID
В рамках настоящей работы предметом исследования выступил предоставленный список идентификаторов генов человека. Список включает семь элементов: MTRR, MMAB, MMUT, MMAA, MTR, MMACHC, MMADHC. Предварительный поиск в интернете позволяет предположить, что представленные гены ассоциированы с метаболизмом витамина B12 (кобаламина) и циклом метионина-гомоцистеина. Целью практикума является установление конкретных молекулярных функций и биологических путей, объединяющих указанные гены с помощью различных баз данных.
База данных GO
Анализ обогащения терминами Gene Ontology (GO) для выявления общей биологической функции, объединяющей предоставленные гены (MTRR, MMAB, MMUT, MMAA, MTR, MMACHC, MMADHC), был проведен с использованием инструмента PANTHER. Gene Ontology представляет собой стандартизированную базу знаний, где функции генов систематизированы в виде терминов, объединенных в три аспекта: биологические процессы (BP), описывающие комплексные жизненные явления; молекулярные функции (MF), определяющие биохимическую активность отдельных генных продуктов; и клеточные компоненты (CC), указывающие на локализацию белка в клетке. Список генов был загружен в инструмент GO Enrichment Analysis на платформе PANTHER с настройками для организма Homo sapiens.
Статистический анализ проводился с использованием точного теста Фишера (Fisher's Exact Test). Для коррекции множественных сравнений был применен консервативный метод Бонферрони (Bonferroni correction). Данный подход позволяет выявить GO-термины, которые статистически значимо перепредставлены в заданном наборе генов по сравнению со всем геномом, что указывает на их функциональную специализацию.
Анализ обогащения GO c аспектом BP выявил специфичность предоставленных генов. Статистически значимые результаты (p < 0.05, поправка Бонферрони) говорят, что гены преимущественно ассоциированы с метаболизмом кобаламина, тетрапирролов и водорастворимых витаминов. Также выявлено значимое обогащение для метаболизма гомоцистеина и биосинтеза метионина. Значения обогащения (Fold Enrichment > 100) демонстрируют концентрацию генов в путях метаболизма витамина B12 и цикла метионин-гомоцистеин.
Анализ молекулярных функций (GO MF) выявил специализацию генов на связывании кобаламина, витаминов и тетрапирролов. Оксидоредуктазная активность и функции молекулярного переносчика подтверждают роль соответствующих белков в метаболизме B12. Значения обогащения (FE > 100) демонстрируют концентрацию генов на работе с кофакторами витаминного метаболизма.
Запуск с аспектом СС никаких значимых результатов не дал.
Анализ обогащения GO-терминами демонстрирует, что предоставленные гены функционально специализированы на метаболизме витамина B12 и связанном с ним цикле метионин-гомоцистеин.
База данных GeneCards
GeneCards — это база данных, объединяющая информацию о генах человека из более чем 150 источников. Ресурс предоставляет структурированные данные по функциональной аннотации генов, включая молекулярные функции и участие в биологических процессах с использованием терминов Gene Ontology. База содержит сведения о клинической значимости генов, их связи с наследственными заболеваниями. В GeneCards представлены данные об экспрессии генов на уровне РНК и белка, а также информация о белково-белковых взаимодействиях и участии в метаболических путях KEGG и Reactome. Ресурс позволяет проводить поиск по названиям генов, их псевдонимам и ассоциированным заболеваниям, обеспечивая комплексный обзор для биомедицинских исследований. В общем, ресурс собирает очень много разной информации в одном месте, даже предлагает купить соответствующие антитела. Ниже опишу некоторые пункты из огромной выдачи для MTRR(5-Methyltetrahydrofolate-Homocysteine Methyltransferase Reductase).
Раздел functions
Из этого раздела мы можем узнать например, что ген MTRR кодирует ферредоксин-NADP(+) редуктазу, которая поддерживает активность метионинсинтазы (MTR) путем восстановления кобаламина. Этот процесс обеспечивает реметилирование гомоцистеина в метионин и критически важен для метаболизма фолатов. Вот схема реакции, которая тоже приведена в этом разделе: 2 methylcob(III)alamin-[methionine synthase] + 2 S-adenosyl-L-homocysteine + NADP(+) + H(+) = 2 cob(II)alamin-[methionine synthase] + 2 S-adenosyl-L-methionine + NADPH.
Раздел disorders
Раздел Disorders в GeneCards систематизирует информацию о заболеваниях, ассоциированных с геном MTRR. В нем указано, что мутации в этом гене вызывают гомоцистинурию-мегалобластную анемию типа cblE, а также могут быть связаны с дефектами нервной трубки у плода. Всего указано 20 заболеваний. Справа от них публикации с ними связанные.
Раздел pathways
Раздел Pathways в GeneCards содержит информацию о метаболических путях и сигнальных каскадах, в которых участвует ген MTRR. В частности, ген представлен в ключевых путях метаболизма витамина B12 и реметилирования гомоцистеина. Для каждого пути указаны его визуальная схема из базы KEGG, список участвующих генов и связь с соответствующими заболеваниями. Также есть картинка графа о связи с другими белками из базы данных STRING и указаны соответствующие термины из GO. Также указаны конкретные ферментативные реакции, катализируемые белком MTRR, с отсылками к базам данных Reactome и UniProt.
Раздел expressions
Раздел Expression в GeneCards предоставляет данные об экспрессии гена MTRR в различных тканях человека. Для визуализации используются гистограммы тканевой специфичности, иммуногистохимические изображения из Human Protein Atlas и heatmap-диаграммы, отражающие уровни экспрессии мРНК в норме и при патологиях.
Заключение
В ходе проведенного исследования был выполнен анализ списка генов (MTRR, MMAB, MMUT, MMAA, MTR, MMACHC, MMADHC) с использованием баз данных Gene Ontology и GeneCards. Полученные результаты демонстрируют, что исследуемые гены представляют собой функциональный модуль, ответственный за ключевые этапы метаболизма витамина B12 и поддержание метионинового гомеостаза в клетке.