Целью данного практикума является выяснение взяимосвязи между представленными в данном списке белками и особенностей их экспресии в тканях человека.
Сперва был произведен поиск исследуемых белков в базе данных. При переходе на странице одного из белков в раздел Metabolic выяснилось, что все исследуемые белки являются частью пути синтеза биоптеринов (Рис.1), выполняющего роль кофактора для многих ферментов. Подробно с данным путем можно ознакомиться по ссылке, указанной в базе данных.
Рис.1. Белки, участвующие в пути ситеза биоптеринов.
Щелочные фосфотазы ALPI, ALPL, ALPG(ALPPL2) и ALPP¶
Будучи щелочным фосфотазами, белки ALPI, ALPL, ALPG(ALPPL2) и ALPP выполняют функции гидролаз, отщепляющих фосфат от различных типов молекул. В нашем случае в пути синтеза биоптеринов щелочные фосфотазы катализируют реакцию, представленную на Рис.2. Главное различие между педставленными фосфотазами - это типы тканей, в которых они экспрессируются, что отражено в их названиях. Согласно информации из базы данных ALPL не специфична какому-либо типу тканей (и играет некоторую роль в минерализации костей), ALPI экспрессируется в в кишечнике (I - intestinal), ALPP - в плаценте (P - placental), ALPG(ALPPL2) - в первичных половых клетках (G - germ cell). По профилям экспресии, доступных в базе данных в разделе Tissue, видна тканеспецифичность последних трёх фосфотаз (Рис.3).
Рис.2. Реакция, катализруемая ALP в пути синтеза биоптеринов.
Рис.3. Уровень экспресии A - ALPL, B - ALPI, C - ALPP, D - ALPG(ALPPL2) в различных типах тканей.
На Рис.3.A видно, что ALPL в дйствительности имеет низкую тканеспецифичность, однако всеже можно выделить типы тканей, где этот белок экспрессируется сильнее всего - это печень, надпочечники, легкие, почки и селезёнка. Для других двух белков - ALPI и ALPP - видна строгая тканеспецифичность, в то время как для ALPG(ALPPL2) уровни экспресии относительно низки несмотря на наличие экспрессии в подходящих типах тканей (ткани органов репродуктивной системы), вероятно, наблюдаемые уровни экспресии скорее можно объяснить нехваткой данных по этому белку.
Согласно информации из базы данных GCH1 катализирует череду реакций, приводящих к образованию производного птерина из ГТФ (Рис.4). Данный белок выполняет ключевую роль в синтезе биоптеринов, выступающих в роли незаменимого кофактора, который необходим гидроксилазам ароматических аминокислот, а также для синтаз оксида азота. Поэтому нарушения в работе GCH1 приводят не только к нарушению пути синтеза биоптеринов, но и к нарушению метаболизма серотонина и мелатонина. В Human Protein Atlas данный белок ассоцииорван с такими заболеваниями, как фенилкетонурия, дофамин-зависимая дистония и болезнь Паркинсона. Для этого белка не характерна строгая тканеспецифичность, однако по графику уровня экспресс видно, что нибольшая экспрессия мРНК GCH1 характерна для печени и костного мозга (Рис.5 A).
Рис.4. Реакции пути синтеза биоптеринов, катализируемые GCH1.Рис.5. Экспрессия мРНК A - GCH1, B - PTS, C - SPR, D - QDPR.
С фенилкетонурией, по данным из Human Protein Atlas, также ассоциированы белки PTS и QDPR, первый из которых катализирует удаление неорганического трифосфата из дигидронеоптеринтрифосфата, а второй - NADH-опосредованное восстановление хиноноидного дигидробиоптерина. Другой белок из списка - SPR - ассоциирован с дофамин-зависимой дистонией и катализирует NADPH-зависимое восстановление производных птеридина и также играет важную роль в биосинтезе тетрагидробиоптерина (BH4). PTS и SPR не имеют тканеспецифичную экспрессию (Рис.5.B и C соответсвенно), в то время как для QDPR характерна специфичная экспрессия в тканях мозга (Рис.5.D). Примечательно, что QPDR также является прогностическим маркером при раке почки, при чем желательна его высокая экспрессия (на Рис.6 вероятность выживания выше при высокой экспресии QDPR). Также, в отличие от других белков он локализован не в цитоплазме, а в митохондриях (Рис.7).
Рис.6. Анализ выживаемости пациентов при разных уровнях экспресии QDPR.Рис.7. Локализация QDPR внутри клетки.
Ферменты PCBD1 и PCBD2 действует как дегидратазы, участвующие в биосинтезе тетрагидробиоптерина. Интересно было узнать, в каких типах тканей экспрессируется эта пара белков и где локализуется вклетке. Судя по уровню экспресии мРНК, PCBD1 экспрессируется сильнее всего в печени (однако также слабее экспрессируется во многих других типах), a PCBD2 - в мышечной ткани (менне сильно в дугх тканях, представленных на Рис.6). Согласно информации из базы данных PCBD1 локализуетсф в клетке в цитозоле и ядре, а PCBD2 - в плазматической мембране (Рис.6), что странно наблюдать, если предполагать, что PCBD1 и PCBD2 гомологичны. В UniProt не говориться о каких-либо трансмембранных участках у PCBD2, поэтому можно предположить, что PCBD2 связывается с некоторым белком мембраны.
Рис.7. Экспрессия мРНК PCBD1 и PCBD2 и их клеточная локализация.
Оставшиеся два фермента катализирут реакцию гидроксилирования триптофана, являющейся первой из реакций пути синтеза серотонина и мелатонина, поэтому можно ожидать их основную экспрессию в мозге. Согласно данным по уровню экспрессии этих белков (Рис.8) они оба в специфично экспрессируются в тканях мозга, однако в отличие от TPH2, который экспрессируется только в мозге, TPH1 также экспрессируется в кишечнике и желудке. Этот факт можно объяснить тем, что на самом деле большая часть серотонина в организме синтезируется в ЖКТ [1], где он играет огромную роль в его регуляции.
Peghini P. L., Annibale B., Azzoni C. Effect of chronic hypergastrinemia on human enterochromaffin-like cells: insights from patients with sporadic gastrinomas // Gastroenterology. — 2002. — Т. 123, № 1. — С. 68–85.
