Практикум 7.

Подготовительный этап.

Для анализа были выбраны Reactome (по эстетическому критерию) и Human Protein Atlas (потому что очень красивый). Так как я ничего не знал про свои белки, то решил установить следующие:

  1. их функции (можно ли сформировать функциональные группы или нет?)
  2. представленность митохондриальных белков в списке
  3. источник списка (вдруг удастся установить, из какой ткани они выделены)

Перед анализом через базы данных своего списка белков я отсортировал его по названиям, чтобы определить наличие похожих (так как имена генов часто являются сокращениями от названия белков). Мне показалось, что можно выделить примерно 15 групп:

  1. ABAT
  2. ACACA, ACACB, ACADS, ACAT1, ACAT2
  3. ACOX1, ACOX3
  4. ACSS1, ACSS2, ACSS3
  5. ALDH6A1
  6. BCKDHA, BCKDHB
  7. DBT, DLD
  8. ECHDC1, ECHS1, EHHADH
  9. HADHA, HIBCH
  10. LDHA, LDHAL6A, LDHAL6B, LDHB, LDHC
  11. MCEE, MLYCD, MMUT
  12. PCCA, PCCB
  13. SUCLA2, SUCLG1, SUCLG2

Reactome

После того как я запустил анализа списка белков на «карте Reactome» выделилось 5 ячеек: Metabolism, Protein localization, Diseases of metabolism, Mitochondrial protein degradation, Plasma lipoprotein clearance.

Начнем анализ с блока Metabolism, так как он самый большой. В нем выделилось множество под блоков. Окислением этанола занимаются два белка: ACSS1, ACSS2. Следующим подблоком было кислородное дыхание. В группе, связанной с пируватом, были LDHA, LDHB, LDHC, DLD, LDHAL6A, LDHAL6B; с циклом Кребса — ACAT1, SUCLA2, SUCLG1, DLD. В подгруппу энергетического метаболизма попали гены ACACA, ACACB, которые играют роль в углеводном метаболизме, так как их экспрессия связана с белком ChREBP. Далее я изучил кластер белков, связанных с аминокислотами: ACAT1, ECHS1, DBT, BCKDHB, BCKDHA, ALDH6A1, DLD, HIBCH. Самая большая группа относилась к липидам.

Связанные с жирными кислотами: ACACA, ACACB, ACADS, ACOX1, ACOX3, ECHS1, EHHADH, HADHA, MCEE, MLYCD, MMUT, PCCA, PCCB

  1. Бета-окисление митохондриальных жирных кислот: ACADS, ECHS1, HADHA, MCEE, MMUT, PCCA, PCCB
  2. Метаболизм липидов пероксисом (тоже бета-окисление): ACOX1, ACOX3, EHHADH, MLYCD
  3. Метаболизм карнитина: ACACA, ACACB

Участвующие в синтезе и утилизации кетоновых тел: ACAT1, ACSS3

Активация экспрессии генов из-за SREBP (регулирует синтез холестерина; относится к стероидам): ACACA, ACACB

Также некоторые белки из моего списка (ACACA, ACACB, PCCA, PCCB) связаны с транспортом и метаболизмом биотина.

Рис. 1. Кластер, посвященный метаболизму.
Рис. 2. Кластер, посвященный связанным с метаболизмом заболеваниям.

Далее я обратил свой взор к блоку «Disease», а точнее к его подблоку, о нарушениях связанных с метаболизмом. К нарушениям в митохондриях, а именно в бета-окислению, относится всего один белок MMUT. В группу дефектов, связанных с метаболизмом, попали ACACA, PCCA, PCCB (нарушение в метаболизме биотина), MMUT (последний связан с MMAA — белок, вовлеченный в транспорт кобалимина (кофермент B12) внутрь митохондрии).

Рис. 3. Кластер о локализации.
Рис. 4. Кластер деградации митохондриальных белков
Рис. 5. Кластер деградации GABA.
Рис. 6. Кластер, посвященный очистке липопротеинов.

Про локализацию известно, что ACOX1 связан с пероксисомами. К деградацией митохондриальных белков относится довольно большая группа: ACAT1, PCCB, SUCLG2, DLD, DBT. Нашелся даже один белок (ABAT), который участвует в деградации GABA. Последний блок «Plasma lipoprotein clearance», относящийся к транспорту малых молекул, содержал в себе ACAT1 и ACAT2.




Выводы по анализу Reactome.

  1. В моем списке определено присутствуют белки, связанные с митохондриями: ACADS, LDHA, LDHB, LDHAL6A, LDHAL6B, LDHC, DLD, DBT, ACAT1, SUCLA2, SUCLG1, SUCLG2, HADHA, MCEE, MMUT, PCCB, и их довольно много (на мой скромный взгляд)
  2. Можно выделить несколько групп белков: митохондриальная, пероксисомальная (ACOX1, ACOX3, EHHADH, MLYCD), аминокислотная (ACAT1, ECHS1, DBT, BCKDHB, BCKDHA, ALDH6A1, DLD, HIBCH), номер 3 (ACACA, ACACB; эти белки всегда появлялись вместе, но делали это в разных процессах, поэтому я пока затрудняюсь дать функциональное название этой группе), окисление этанола (ACSS1, ACSS2), метаболизм кетоновых тел (ACAT1, ACSS3), метаболизм биотина (ACACA, ACACB, PCCA, PCCB), очистка липопротеинов в плазме (ACAT1, ACAT2) деградация GABA (ABAT). Белок ECHDC1 не был найден.
  3. Про локализацию этих белков (откуда они были выделены) или их общие черты (например, с каким процессом или заболеванием они связаны) сложно сказать что-нибудь конкретное. В списке много митохондриальных белков; есть белок расщепляющий GABA, но он всего один; большая группа пероксисомальных и аминокислотных. Поэтому логично предположить, что, если белки относятся к одной ткани, то там требуется большое количество энергии, нехватка которой приводит к каким-то заболеваниям.

Human Protein Atlas

ABAT

Рис. 7. Экспрессия белка ABAT при разных типах рака.
Рис. 8. Локализация белка ABAT в клетке.

Первым белком, который я решил, проверить был ABAT, так как он единственный из 33, кто был связан с GABA. Его экспрессия замечена не только во многих отделах мозга, но и в других тканях и органах: почки, печень, поджелудочная железа и т.д. (В мозгу и первых трех органах из этого списка наблюдается повышенная экспрессия данного гена). Из приятного: он локализован в митохондриях, что позволяет занести его в группу связанную с этой органеллой. Есть даже информация о связанных с ним заболеваниях: при образовании глиомы, раке щитовидной железы, печени и предстательной железы наблюдается умеренная или высокая экспрессия мРНК этого белка.

ECHDC1

Так как Reactome не сумел его найти, то мне показалось логичным глянуть на него в атласе. Занимается он декарбоксилированием этилмалонил-КоА (токсичный метаболит). Данный белок не является тканеспецифичным, а локализован он в везикулах. Про заболевание я не заметил ничего интересного.

LDHAL6A и LDHAL6B

Рис. 9. "Карта" экспрессии LDHAL6B.
Рис. 10. Экспрессии LDHAL6B при разных типах рака.

Выбрал я их почти случайно (игрался со String и заметил, что они почему-то не объединяются в один кластер). Они оба являются лактатдегидрогеназами А (превращают лактат в пируват) и локализованы только в семенниках. Это все, что известно о LDHAL6A. LDHAL6B описан лучше. Известно, что он локализован в цитоплазме и зафискированы случаи высокой или средней экспрессии данного белка при раке и семенника, щитовидной и поджелудочной желез (но это были единичные случаи в выборках малого объема).

ACACA и ACACB

Так как определить функциональное название для данной группы по информации из Reactome я не смог, то решил изучить их более детально. Они оба не являются ткани специфичными и встречаются в семенниках. Оба являются ацетил-КоА-карбоксилазами (синтезируют малонил-КоА, который нужен для регуляции бета-окисления жирных кислот в митохондриях; также для синтеза малонил-КоА требуется биотин). Про ACACA известна его локализация в клетке: в цитоплазме, ядрышках и на актиновых филаментах. Экспрессия ACACA была низкой только при раке семенников или глиоме; у ACACB высокая экспрессия наблюдалась только у одного пациента из 10 при раке печени.

Аминокислотная группа

Некоторые гены из этой групп по данным Reactome попадают в митохондриальную. Поэтому я решил проверить в Human Protein Atlas и выяснил, что для всех них показана локализация только в митохондриях для клеточной линии мыши. Таким образом мне показалось логичным объединить две эти группы, выделив аминокислотную кавычками.

Выводы по Human Protein Atlas и списку белков.

  1. Мой список белков связан с метаболизмом жирных кислот
  2. Данные белки могли быть из семенников (видимо их выделили для изучения нарушения в метаболизме жирных кислот)
  3. Можно выделить следующие группы: митохондриальная (бета-оксиление жирных кислот(ABAT, ACADS, LDHA, LDHB, LDHAL6A, LDHAL6B, LDHC, DLD, DBT, ACAT1, SUCLA2, SUCLG1, SUCLG2, HADHA, MCEE, MMUT, PCCB) + аминокислотная (ACAT1, ECHS1, BCKDHB, BCKDHA, ALDH6A1, HIBCH, DLD, DBT) + окисление этанола (ACSS1, ACSS2) + метаболизм кетоновых тел (ACAT1, ACSS3)), пероксисомальная (ACOX1, ACOX3, EHHADH, MLYCD), синтез малонил-КоА (ACACA, ACACB, PCCA, PCCB), очистка липопротеинов в плазме (ACAT1, ACAT2)