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 21-74-10061
НазваниеФункциональная аннотация сплайс-форм одного гена, дифференциально экспрессирующихся в нормальных и опухолевых клетках
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 №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» 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 Сплайс-форма, функциональная аннотация, клеточные процессы, опухолевые процессы, молекулярные процессы, белок-белковые взаимодействия, белок-метаболитные взаимодействия, интерактомика, биоинформатика, мета-анализ, секвенирование, масс-спектрометрия, CRISPR/Cas9, AP-MS
Код ГРНТИ34.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В основе всех биологических процессов клетки лежат взаимодействия между генами и белковыми продуктами генов. Именно белки являются основой таких взаимодействий: они играют ключевую роль в обмене веществ, сигнальных и регуляторных реакциях, реализуют биологические функции, определяющие жизнедеятельность всех организмов и пр. Многообразие функций белков обеспечивается их строением, составом и свойствами. Разные виды белков (протеоформы), кодируемые одним геном, зачастую имеют разную функцию. При этом, один и тот же белок может выполнять несколько функций, участвовать в различных клеточных процессах. Нарушение функции белков за счет изменения их структуры или уровня экспрессии и приводит к развитию патологий.
Опухолевые процессы характеризуются наибольшим разнообразием протеоформ. Особо выделяют онкоспецифичные протеоформы, в частности сплайс-формы. С точки зрения функций сплайс-формы обладают наибольшей дивергентностью по сравнению с другими типами протеоформ (например, образованных в результате несинонимичных однонуклеотидных замен или несущих пост-трансляционные модификации), поскольку зачастую имеют выраженные отличия в аминокислотной последовательности. Классический пример функционально различающихся сплайс-форм, кодируемых одним геном и связанных с развитием рака, - это короткий и длинный варианты белка гена BCL2L1 (Shcwerk & Schulze-Osthoff, 2005). Короткая форма (bcl-xs) активирует апоптоз, а длинная (bcl-xl), напротив, апоптоз ингибирует.
Несмотря на важность определения функции протеоформ, по существу, таких сведений практически нет. Так, на сегодняшний день 18 263 из 20 353 белок-кодирующих генов человека были детектированы на протеомном уровне (https://www.nextprot.org/about/protein-existence), при этом для ~6% белков (обобщенная или мастерная форма) отсутствуют данные об их функции и локализации, а для большинства имеющиеся сведения носят фрагментарный характер (для всего генома 15%). Таким образом, текущий уровень знаний о клеточных процессах и причин возникновения нарушений ограничен в связи с неполнотой существующих данных о функционировании генов и транскрибируемых и транслируемых с них протеоформ.
Данный проект направлен на разработку подхода для функциональной аннотации сплайс-форм человека, кодируемых одним геном. В качестве исходной выборки будут рассмотрены 13 генов - EFCAB5, SH2D4B, PANX2, EXO1, EPHB6, C1orf194, HDAC9, C2CD6, NLRP3, EDN3, KLC3, KIRREL2, NOD2 (см. табл.1 Приложения), для которых при предварительном анализе данных TCGA (The Cancer Genome Atlas) была выявлена экспрессия разных сплайс-форм в нормальных и опухолевых образцах. Рассматриваемые пары протеоформ были обнаружены более чем в трех органах/тканях среди 30 проанализированных в TCGA типов биоматериалов. Всего же было выявлено 162 гена, отличающихся по экспрессируемой сплайс-форме в нормальных и опухолевых образцах.
Для реализации поставленной задачи на основании транскриптомных данных будет выбран один ген из тринадцати, и три клеточных линии, в которых по-разному экспрессируются сплайс-формы этого гена (Л1 – клеточная линия, где экспрессируется сплайс-форма А, Л2 - клеточная линия, где экспрессируется сплайс-форма Б, и Л3 - где экспрессируются обе сплайс-формы). Транскриптомное, протеомное и метаболомное профилирование клеточных линий позволят корректно интерпретировать и сопоставлять полученные данные о межмолекулярных взаимодействиях сплайс-форм.
Для аннотации сплайс-форм предполагается использовать интерактомные данные, которые позволяют наиболее полно исследовать функциональные взаимосвязи. Сведения о белок-белковых и белок-метаболитных взаимодействиях будут получены с помощью модифицированного метода аффинной очистки в сочетании с масс-спектрометрией (affinity purification–mass spectrometry, AP-MS), где для каждой сплайс-формы с помощью методов генетического редактирования, основанного на системе CRISPR/Cas9, будет пришита метка (HA-tag). Такая модификация позволит избежать проблем, связанных с повышенной экспрессией исследуемой протеоформы или нарушением клеточных процессов, как при классическом методе AP-MS.
На основе вышесказанного можно заключить, что научная новизна проекта состоит, с одной стороны, в функциональной аннотации отдельных сплайс-форм одного гена и описанием их роли в опухолевых процессах. Ответы на эти вопросы в дальнейшем могут стать основой для разработки биомаркеров раковых заболеваний. Другим аспектом проекта является разработка и совершенствование экспериментальных подходов к анализу интерактома и алгоритмов обработки полученных данных для формирования гипотез о функциях протеоформ.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ