Анализ белков с помощью Human Protein Atlas
В данной работе мне захотелось изучить тканеспецифичную экспрессию выданных белков (если она действительно специфична), по возможности понять, какие заболевания могут быть с ними связаны, и вовлеченность белков в метаболические процессы. Для такого широкого анализа хорошо подходит портал Human Protein Atlas, в первую очередь используемый для изучения экспрессии белков в конкретных тканях/клетках.
Первым делом, интересно было узнать, что за белки мне были предложены в качестве объектов. Для этого я просто ввел название этих белков в поиск базы данных. В выдаче можно было сразу увидеть их полное название.
- ELOVL(1-7) - элонгаза жирных кислот
- HACD (1-4) - 3-гидроксиацил-КоА дегидратаза
- HIGD2A - белок 2A из семейства с доменом, индуцируемым гипоксией
- HSD17B12 - гидроксистероид 17-β дегидрогеназа
- TECR - транс-2,3-еноил-КоА редуктаза
- TECRL - транс-2,3-еноил-КоА-редуктаза-подобный белок
Изоформы ELOVL
Локализация в клетке и метаболическая функция
Довольно часто различные изоформы одного белка, хоть и учавствуют в одинаковых метаболических путях, однако экспрессируются в различных типах тканей. Для данных белков мне было интереснее посмотреть их метаболическую функцию и возможную тканеспецифичность, на что и направлена первая часть моего анализа.
Для этой задачи я смотрел информацию разделов "Tissue" и "Metabolic" для белков ELOLV 1-7.
Все изоформы элонгазы, что не удивительно, участвуют в биоисинтезе, элонгации и окислении жирных кислот. Все изоформы также катализируют одну из стадий пути биосинтеза гистидина (реакцию N-ацетилирования).
Все изоформы пристутствуют в цитозоле, однако ELOVL 1,2,5,6 локализуются в эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР), а EVOLV 2,5,6 еще и в митохондриях.
Тканевая экспрессия
В уровне транскрипции различных изоформ ELOVL можно проследить некоторые закономерности. Наименьшей специфичностью характеризуются изоформы ELOVL 1 и 7, причем ELOVL1 чуть выше экспрессируется в коже, а ELOVL7 - в головном мозге.
Большей специфичностью обладают другое изоформы. Из них наиболее высокий уровень РНК для ELOVL2 и ELOVL7 наблюдается в печени, ELOVL3 - в коже (причем значительно выше, чем в остальном теле), ELOVL4 - в сетчатке, ELOVL5 - в жировой ткани и грудных железах.
Для некоторых белков также можно узнать содержание в различных тканях (в разделе "PROTEIN EXPRESSION OVERVIEW"). Для ELOVL1 наблюдается высокий уровень экспрессии дополнительно в бронхах, паращитовидной железе, двенадцатиперстной кишке и почках, ELOVL3 - только коже, ELOVL5 - надпочечниках, тонкой кишке, семенных пузырьках, предстательной железе, коже, грудных железах и аппендиксе. Для ELOVL7, что интересно, экспрессия белка значительно выше в органах желудочно-кишечного тракта, а содержание РНК - в мозге. Можно предположить вовлеченность регуляторов трансляции и стабилизации РНК в ЖКТ. (?)
Изоформы HACD
Для данного белка я решил посмотреть основную информацию, представленную в разделе "Summary". Для всех изоформ можно выделить единую метаболическую функцию: они катализируют третью стадии в цикле элонгации жирных кислот (дегидратация в транс-2,3-еноил-КоА). Данная реакция происходит на мембране ЭПР, так что все изоформы ассоциированы с ней.
Всю информацию по изофрмам я свел в таблицу ниже.
| Информация | HACD1 | HACD2 | HACD3 | HACD4 |
|---|---|---|---|---|
| Тканеспецифичность | Миокард | Низкая специфичность (печень, жировая ткань) | Низкая специфичность (железистые ткани) | Костный мозг |
| Клеточная специфичность | Рабочие кардиомиоциты | Нет | Нет | Клетки Купфера, клетки Хофбауэра |
| Специфичность по иммунным клеткам | T-регуляторные клетки | Нет | Нет | Нейтрофилы, эозинофилы |
| Экспрессия, приводящая к снижению выживаемости при онкологии | Нет значимой разницы | Низкая для двенадцатиперстной кишки | Высокая для почек | Высокая для яичников, низкая для почек |
| Особенные функции | Developmental protein (?) | Нет | Возможная вовлеченность в Rac1-сигналинг, интернализацию INSR | Нет |
HIGD2A
HIGD2A - предположительно является субъединицей цитохром с оксидазы (COX) и играет роль в регуляции её активности и сборки суперкомплексов дыхательной цепи в митохондриях. Для данного белка хорошо изучена его локализация в клетке (Supported), поэтому проиллюстрирую данный раздел в Human Protein Atlas. В данном разделе также указано, что этот белок может находиться в цитозоле, но в меньших количествах.
По поводу остальных разделов сказать можно немного: HIGD2A слабоспецифичен к скелетной мускулатуре и слабо избирателен для выявления онкологии печени.
HSD17B12
HSD17B12 (гидроксистероид 17-β дегидрогеназа 12) - локализованный в ЭПР фермент элонгации жирных кислот (есть 3-кетоацил-КоА редуктазная активность), а также катализирует превращение эстрона в эстрадиол. Этот фермент обладает слабой тканеспецифичностью, что касается как его РНК, так и экспрессии белка в целом.
Диагностика онкологии
Большинство злокачественных опухолей в различных тканях проявляли низкий или умеренный уровень экспрессии HSD17B12, наиболее значительная разница у здоровых/больных пациентов наблюдалась при почечном раке, так что интересно было подробнее посмотреть на его характеристику.
В Human Protein Atlas можно найти подробный анализ выживаемости пациентов с почечным раком для данного белка, подкрепленный иммуногистохимическими методами. (ссылка на страницу)
Почечный рак
В разделе "Protein Expression" можно изучить scatterplot выживаемости пациентов в зависимости от уровня экспрессии HSD17B12 (он довольно объемный, поэтому я решил не помещать его изображение в отчет). На основе этого scatterplot'а выживаемость пациентов с повышенным уровнем экспрессии также увеличивалась, причем медиана у погибших составляла 8.1 FPKM (Fragments Per Kilobase of exon per Million reads), а у выживших - 9.7 FPKM.
В данном разделе также приведены гистологические срезы опухолей, окрашенных антителами к целевому белку. Из 12 присутствующих образцов ни один не показал высокую степень окрашивания, 1 - умеренную, 3 - низкую и 8 не окрасились. На рисунке приведен один из таких срезов для пациентки 54 лет, опухоль которой показала низкий уровень окрашиваемости антителами.
TECR и TECRL
.PNG)
Сравнение роли белков в организме
Гораздо больше информации в базе данных представлено для TECR: это оксидоредуктаза, участвующая в синтезе очень длинных жирных кислот и деградации сфингозиновой части в сфинголипидах. Фермент локализуется в ЭПР и обладает низкой тканевой специфичностью. Его высокая экспрессия служит неблагоприятным маркером уротелиального рака.
Дополнительно, экспрессируется в мозге и возможно может быть связан с задержкой ментального развития и "умственной осталостью" (mental retardation).
Гораздо меньше информации содержит запись о TECRL: это высокоспецифичный для сердечной и скелетной мускулатуры фермент, участвующий в тех же реакциях, что и TECR. Дополнительно, для TECRL была отмечена его вовлеченность в метаболизм арахидоновой кислоты, в частности - лейкотриенов.
По данным Entrez, приведенным на странице "Summary" в атласе, мутации в данном белке могут приводить к катехоламинэргической полиморфной желудочковой тахикардии.