Киотская энциклопедия генов и геномов (KEGG)

1. Определите, в каких метаболических путях участвует ваш фермент

Данный мне фермент - AOFA_HUMAN, моноамин оксидаза, EC=1.4.3.4.

В документе Swiss-Prot с описанием белка нахожу ссылку на KEGG - идентификатор гена hsa:4128, "hsa" означает организм Homo sapiens. Открываю главную страничку KEGG и провожу поиск гена по его KEGG-идентификатору. В открышемся документе нахожу описание метаболических путей ("Pathways"), ассоциированных с геном. Для каждого из них в виде таблицы записываю в отчет идентификатор KEGG, английское и русское название.

Идентификатор KEGG	Title	Название
hsa00260	Glycine, serine and threonine metabolism	Метаболизм глицина, серина и треонина
hsa00330	Arginine and proline metabolism	Метаболизм аргинина и пролина
hsa00340	Histidine metabolism	Метаболизм гистидина
hsa00350	Tyrosine metabolism	Метаболизм тирозина
hsa00360	Phenylalanine metabolism	Метаболизм фениаланина
hsa00380	Tryptophan metabolism	Метаболизм триптофана
hsa00982	Drug metabolism - cytochrome P450	Метаболизм препаратов, влияющих на цитохром P450
hsa01100	Metabolic pathways	Общие метаболические пути
hsa04726	Serotonergic synapse	Серотонинергический синапс
hsa04728	Dopaminergic synapse	Дофаминергический синапс
hsa05030	Cocaine addiction	Привыкание к кокаину
hsa05031	Amphetamine addiction	Привыкание к амфетамину
hsa05034	Alcoholism	Алкоголизм

Карту первого из найденных путей сохраняю в виде графического файла hsa00260.png.

2. Найдите в KEGG структурные формулы заданных соединений

В таблице нахожу два названия химических соединений: L-аспартат (L-aspartate) и глицин (glycine).

С главной странички KEGG прохожу по гиперссылке "KEGG2" ("KEGG Table of Contents"), а с открывшейся страницы – по гиперссылке "KEGG LIGAND". Провожу поиск каждого из веществ по базе лигандов, записываю их идентификаторы и возможные названия.

C00049 - L-Aspartate; L-Aspartic acid; 2-Aminosuccinic acid; L-Asp

C00037 - Glycine; Aminoacetic acid; Gly

3. Найдите метаболический путь от одного заданного вещества к другому

С главной странички KEGG прохожу по гиперссылке "KEGG PATHWAY". Следую по гиперссылке "Search&Color Pathway".

В поле запроса ввожу найденные в предыдущем упражнении идентификаторы соединений. Указываю, что хочу раскрасить первое соединение красным, а второе – зеленым . После ввода запроса на экране появился список карт. Мне нужны те, после названия которых указано "2" (таких нашлось 9, кроме общей карты "Metabolic pathways"), что означает, что в карте присутствуют оба соединения.

Только в карте Nitrogen metabolism есть путь, соединяющий два вещества. Найденный путь ведет от первого (C00049) заданного вещества ко второму (C00037).

Итак, выбранная цепочка ферментативных реакций:

Карта: Метаболизм азота.

Путь: L-аспартат → аммиак → глицин.

Отмечаю найденный путь на карте. Если подвести курсор к любому интермедиату на карте, высвечивается код данного соединения. Промежуточное соединение: С00014 - аммиак (NH₃). Возвращаюсь к страничке с запросом, ввожу идентификаторы как заданных соединений, так и промежуточного. Указываю, что хочу отметить промежуточное соединение желтым цветом. Начальное вещество выделяю красным, а конечное – зеленым.

Приведенный фрагмент показывает, что данный путь является кратчайшим, возможны также варианты: L-аспартат → L-аспарагин → аммиак → глицин и L-аспартат → L-глутамин → аммиак → глицин. Во всех трех случаях в образовании глицина участвует аминометилтрансфераза (EC 2.1.2.10).

Путями такие превращения, по-моему, назвать сложно, но ничего другого не нашлось.

Карту найденного пути сохраняю в виде графического файла ko00910.png.

4. Сравните метаболические пути у разных организмов

Определяю, возможна ли выбранная в предыдущем упражнении цепочка ферментативных реакций у организмов, перечисленных в таблице ниже. Для этого перевожу общую карту (Reference map) в режим, соответствующий выбранному организму. Результаты вношу в таблицу:

Организм	Цепочка реакций возможна	Обоснование
Bacillus subtilis	Да	Присутствует аминометилтрансфераза (и ферменты альтернативных путей)
Archaeoglobus fulgidus	Да	Присутствует аминометилтрансфераза (и ферменты альтернативных путей)
Arabidopsis thaliana	Да	Присутствует аминометилтрансфераза (и ферменты альтернативных путей)
Homo sapiens	Нет	Присутствует аминометилтрансфераза (по-крайней мере, я нашла ее PDB структуры, но реализуется только более сложная схема превращений, в частности, фермент участвует в деградации глицина (Glycine cleavage system)

Карта найденного пути для Bacillus subtilis в виде графического файла bsu00910_1.022479.png.

5. Ваше мнение о KEGG

В общем, база данных KEGG довольно содержательна (включает 5 основных: KEGG Atlas, KEGG Pathway, KEGG Genes, KEGG Ligand и KEGG BRITE). Информации много, но она все же ограничивается известными соединениями. Веб-интерфейс интуитивно понятен. Присутствуют ссылки на другие базы данных, позволяя быстрый переход к нужной информации. Встречаются helps по отдельным темам, но, к сожалению, нет tutorials или manuals.

Попробовала поискать ингибиторы гриппа с помощью KEGG DRUG. Находятся только широко используемые, например, осельтамивир (D08306) и римантадин (D08483). Приведены структуры данных соединений (хорошо, что можно сразу скачивать структуру в формате mol), функции, присутствует Structure map со схожими ингибиторами. Но карта пути для римантадина отсутствует, а приведенная для осельтамивира - Секреция желчи, позволяет узнать лишь то, что данное соединение наряду с другими переносится трансмембранными белками (ABC-transporters). Т.е. неплохо бы добавить побольше информации о метаболизме лекарственных препаратов.

В KEGG DISEASE представлены карты для различных заболеваний, нашлась карта и для гриппа (Influenza A - Homo sapiens (human)). На ней указаны вирусные белки, их участие в процессах синтеза вирусной РНК, ее транспорта - но все достаточно поверхностно, без указания функций каждого участника. В общих чертах указаны рецепторы, пути передачи сигналов, формирование иммунного ответа у человека. Дизайн карты не особо привлекателен, как и в предыдущих случаях: много пересекающихся стрелочек, не хватает понятности и яркости обозначений.

Имеется интегрированный модуль KEGG MEDICUS, предоставляющий информацию о болезнях, лекарствах и подобных веществах.

Помимо расмотренных есть модули с информацией о геномах, генах, белках, ортологах и иерархии. Также сервер предоставляет возможность использования различных инструментов, один из которых - BLAST.