Аннотация генов

Gene Ontology

Рассматривался набор ID из файла list39.txt, в нём находится 21 ID.

В анализе обогащения GO категорий участвовало 22 ID: все ID из списка, кроме PPOX, были одназначно опознаны, при этом PPOX был неоднозначно интерпретирован как орексин и как оксидаза протопорфириногена.

В результате анализа обогащения была определена 61 GO категория, статистически ассоциированная с представленным набором ID. Категории отбирались по порогу уровня значимости, были отображены лишь находки с FDR < 0.05.

Список 10 самых значимых находок (по возрастанию FDR):

Number	GO term code	GO term name	Occurrences in ID list	FDR
1	GO:0042168	heme metabolic process	14	7.54E-28
2	GO:0006778	porphyrin-containing compound metabolic process	14	2.51E-27
3	GO:0033013	tetrapyrrole metabolic process	14	1.38E-26
4	GO:0042440	pigment metabolic process	14	2.31E-25
5	GO:0046501	protoporphyrinogen IX metabolic process	9	1.18E-19
6	GO:0006783	heme biosynthetic process	10	1.34E-19
7	GO:0033014	tetrapyrrole biosynthetic process	10	2.78E-19
8	GO:0006779	porphyrin-containing compound biosynthetic process	10	3.18E-19
9	GO:0006782	protoporphyrinogen IX biosynthetic process	8	1.67E-17
10	GO:0046148	pigment biosynthetic process	10	2.34E-17

Граф QuickGO для 5 наиболее значимых найденных GO категорий:

Все узлы полученного графа соединены соотношениями типа "is a", то есть узлы более высокого уровня в любом выбранном на графе пути кодируют процессы, обобщающие процессы, кодируемые узлами более низкого уровня. 2 выбранные GO категории представляют самые глубокие узлы графа, остальные 3 выбранные GO категории кодируют более общие процессы. Отсюда можно сделать вывод, что эти 2 выбранные категории (метаболизм гема и метаболизм протопорфириногена IX) наиболее точно описывают процессы, частично характеризующие набор белков с данными ID; с другой стороны, не исключено, что некоторые из данных белков выполняют функцию, являющуюся частью (соотношение типа "part of") метаболизма гема или более общего процесса (например, метаболизма порфирин-содержащих веществ), но категория, кодирующая их более специализированный процесс (например, гомеостаз ионов железа), не была включена в топ-5 по FDR.

Большинство белков из списка ID об'единено тем или иным участием в метаболизме гема. Лучше всего охарактеризовать этот список можно достоверными GO категориями, с одной стороны, характеризующими наибольшее число белков списка, а с другой стороны, описывающими наиболее разные процессы: метаболизм гема (GO:0042168), метаболизм протопорфирина IX (GO:0046501), гомеостаз ионов железа (GO:0055072).

String

Граф, отображающий взаимодействия между 21 белком набора (интерпретация одного ID как орексина была не включёна в анализ, ибо этот белок явно функционально не кластеризуется с большинством остальных белков набора):

Для всех 21 белков (узлов графа) указано наличие 3D структуры.

На графе представлены все возможные взаимодействия узлов (приведены ниже):

Можно наблюдать, что каждый белок набора, кроме CPNE7 и HPS3, имеет хотя бы одно взаимодействие из группы "Known Interactions" с каким-нибудь другим белком этого набора. Значительное число рёбер графа представлено свидетельством о взаимодействии через нахождение упоминания об обоих белках ребра в абстракте какой-либо статьи (самое ненадёжное свидетельство, "Textmining").

Для белков UROD (уропорфириноген декарбоксилаза) и HMBS (порфобилиноген деаминаза) наличествует свидетельство об их слиянии с одинаковым доменным порядком (N-UROD-HMBS-C) у 3 неродственных групп эукариот: Apusomonadida, Blastocladiomycota и Choanoflagellata.

Двое уже упомянутых белков CPNE7 (копин-7) и HPS3 (белок синдрома Германски —Пудлака формы 3) никак не связаны на графе ни друг с другом, ни с какими-либо другими белками набора. Дальнейшее расширение графа не нарушает их обособленность (приведена седьмая итерация поиска связей):

Копины имеют Ca²⁺-зависимую способность связываться с фосфолипидами, возможно, рекруитируют таргетные белки к клеточным мембранам. HSP3 связан с ранним биогенезом и созреванием меланосом. Эти функции, дейтвительно, представляются не связанными как друг с другом, так и с метаболизмом железа и порфиринов.

Паттерн распределения генов данного набора по древу жизни:

Для многих белков набора находятся гомологи как среди бактерий, так и среди неэукариотических архей, хотя достоверность большинства из этих находок сомнительна. Достоверность находок становится хорошей, начиная с клады Opisthokonta. Гомологи белков CPNE7, CYBRD1 и HCCS встречаются только у эукариот, гомологи митохондриального ядерно кодируемого белка FXN встечаются у многих эукариот, а также, видимо, у протеобактерий — предков митохондрий. Достоверные гомологи HPS3 встречаются только у животных. Полный набор этих белков не полностью консервативен даже у млекопитающих.

Паттерны коэкспрессии генов набора на основе данных РНК экспрессии и белковой корегуляции для человека и для об'единения всех клеточных организмов, по которым имееются данные:

Учитывая определённую выше функциональную связанность белков набора, можно было бы ожидать больший уровень коэкспрессии генов этих белков у человека. У человека наибольшая коэкспрессия наблюдается для пар генов PPOX и UROD, PPOX и FXN, PPOX и CPOX, FECH и ALAS2, CPOX и FXN. Общий паттерн экспрессии для других организмов, как и ожидалось, более разнообразный. Интересно отсутствие коэкспрессии пары UROD и HMBS у человека, хотя она присутствует у широкого спектра эукариот, включая грызунов, и у нескольких бактерий.

Human Protein Atlas

Для обзора экспрессии и функций в организме человека был выбран ген ALAS1.

Ядерный ген ALAS1 (расположение 3p21.2) кодирует митохондриальный фермент 5'-аминолевулинат синтазу 1, катализирующий самый медленный этап в биосинтезе гема. Фермент, кодируемый этим геном, является housekeeping-ферментом; отдельный ген кодирует форму этого фермента, специфичную для эритроцитов и их предшественников. Уровень зрелого белка регулируется гемом: высокий уровень гема даунрегулирует зрелый белок в митохондриях, тогда как низкий уровень гема — апрегулирует. Псевдоген этого гена расположен на хромосоме 12. Альтернативный сплайсинг гена создаёт множество вариантов транскриптов, кодирующих разные изоформы.

Ген ALAS1 имеет невысокий общий уровень экспрессии в мозге и не обладает региональной специфичностью для какого-либо участка мозга:

Белок гена ALAS1 локализуется, в основном, в митохондриях, но также содержится и в нуклеоплазме:

Значительные уровни мРНК гена ALAS1 наблюдаются только в надпочечниках и печени, однако уровни белкового продукта этого гена довольно высокие во всех тканях, кроме глаз и крови:

РНК продукты гена ALAS1 присутствуют во всех тканях, но экспрессия особенно высока в тканях надпочечников и печени:

Главная страница

2021