КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 18-74-00144
НазваниеАннотация белков с неизвестными функциями путем анализа интерактомных данных для выявления потенциальных биомаркеров заболеваний
Руководитель Поверенная Екатерина Владимировна, Кандидат биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича" , г Москва
Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-202 - Протеомика; структура и функции белков
Ключевые слова Протеом человека, протеомика, клеточные процессы, функциональная аннотация, белок с неизвестной функцией, белок-белковые взаимодействия, интерактомика, биоинформатика, мета-анализ, транскриптомика, генная экспрессия, масс-спектрометрия, генное редактирование, биомаркер.
Код ГРНТИ34.03.23, 34.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Осенью 2017 года на международном конгрессе HUPO (Human Proteome Organization) при обсуждении результатов выполнения проекта «Протеом человека» был поднят вопрос об отсутствии сведений об участии в клеточных процессах значительного ряда белков, которые успешно детектируются протеомными методами (https://hupo.org/HPP-News/5595319). Знания о функции белков и их роли в реализации клеточных процессов необходимы для решения как фундаментальных (выяснение принципов функционирования живых систем), так и практических задач (разработка прогностических, диагностических и терапевтических биомаркеров) (https://www.nature.com/scitable/topicpage/protein-function-14123348).
На сегодняшний день 90% белок-кодирующих генов человека были детектированы на протеомном уровне, при этом для 13% из них (2587 белков) отсутствуют данные об их функции и локализации (согласно ресурсам neXtProt и UniProt). Таким образом, получаемые протеомные данные невозможно полностью интерпретировать в биологическом контексте. Данный проект направлен на аннотацию белков с неизвестными функциями, которые были зарегистрированы на протеомном уровне, путем анализа интерактомных данных для выявления потенциальных биомаркеров социально-значимых заболеваний. Объектом исследования являются белки, кодируемые генами хромосомы 18 человека: изучение этой хромосомы закреплено за российскими учеными в рамках реализации международного проекта «Протеом человека» (Archakov et al., 2009).
Белок-белковые взаимодействия (ББВ) лежат в основе биологических процессов живых систем (Braun & Gingras, 2012). Интерактомные исследования позволяют не только обогатить данные о функциях белков и определить механизмы биологических процессов, но и имеют большое практическое значение, поиске биомаркеров заболеваний, выявлении потенциальных мишеней для действия лекарств (Ramírez et al., 2007; Rodriguez-Soca et al., 2010; Иванов А.С. и др., 2011) и др. Одним из превалирующих методов получения данных о ББВ является подход аффинной очистки, сопряженной с масс-спектрометрией (англ. affinity purification–mass spectrometry, AP-MS) (Nesvizhskii, 2012). Принцип этого метода заключается в «вылавливании» партнеров, взаимодействующих с исследуемым белком, идентификация которых происходит с помощью масс-спектрометрии. Особенностью интерактомных данных является их зашумленность и противоречивость, обусловленная техническими (использование антител, ограничение по чувствительности и т.д.) и биологическими факторами (разные биоматериалы и их физиологические и патологические состояния).
В проекте предлагается использовать метод вычислительной интерактомики, направленный на корректное совмещение множества данных AP-MS – виртуальную ко-преципитацию (Zhang et al., 2010). Принцип метода виртуальной ко-преципитации (ВКП) заключается в определении частоты совместной встречаемости белков в исходных масс-спектрах, что позволяет “вычленять” ББВ, характерные для большинства клеток, с минимальным техническим и биологическим шумами. В качестве исходных данных будут использованы масс-спектры, полученные при выполнении крупномасштабного исследования интерактома человека методом AP-MS для ~11 тыс. генов (Huttlin et al., 2017). Стоит отметить, что результаты большинства экспериментов, выполненных методом AP-MS, депонируются в протеомные репозитории и не всегда находят отражение в интерактомных базах данных.
В случае отсутствия опубликованных интерактомных данных для исследуемых белков в проекте предлагается применить модифицированный метод AP-MS, заключающийся во встраивании тега в последовательность исследуемого белка методом CRISPR/Cas9 для получения данных о ББВ (Dalvai et al., 2015; Nitika and Truman, 2017; Li et al., 2017). Использование такой модификации позволит практически исключить неспецифические взаимодействия, связанные с «вылавливанием», а также повысить чувствительность метода, поскольку тег «вшивается» в каждую белковую молекулу.
Аннотация белков с неизвестными функциями будет основана на подходе «guilt-by-association», где описание исследуемых белков будет получено согласно выявленным для них ББВ (интерактомный профиль), т.е. путем анализа прямых взаимодействий или определения функционального кластера в составе интерактомной сети, в которой участвует исследуемый белок. Функциональные кластеры будут определены с использованием системы Gene Ontology (GO) через сопоставление интерактомных профилей белков. Информация об участии белков с неизвестными функциями в клеточных процессах, их уровне экспрессии в тканях и органах и роли в выживании клетки (на основе проекта Achilles) позволит оценить потенциал таких белков в качестве биомаркеров социально-значимых заболеваний.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ