Функции. Онтологии базы данных GO

Знакомство с терминологией GO

Описание функции белка с помощью аннотации Gene Ontology

Найдем описание белка DACB_ECOLI в www.uniprot.org/. Перейдем по гиперссылке "Complete GO annotation..." на страницу браузера QuickGO EBI. Содержание занесем в таблицу:


Описание функции белка DacB_Ecoli в соответствии с GO-аннотацией

	Онтология GO (название словаря)	Количество разных ассоциированных терминов GO	Функция белка (краткое описание, близкое к тексту определения термина(ов) GO
Где?	Cellular component	1	Область между внутренней (цитоплазма или плазма) мембраной и наружной мембраной двумембранного организма, такого как грамотрицательные бактерии. Это периплазматическое пространство довольно широкое и содержит тонкую клеточную стенку.
Зачем, для чего?	Biological process	12	Процесс формирования двух похожих клеток путем деления одной; процесс размножения большинства бактерий. Биохимические и морфологические фазы и события, которые происходят в клетке во время репликации. Клеточный цикл включает в себя процес репликации и расхождения генетического материала при делении клетки, но в эндоцикле или в синцитиальных клетках ядерное деление может не происходить при делении клетки.
Молекулярный механизм?	Molecular function	4	Катализ гидролиза внутренних альфа-пептидных связей в полипептидной цепи. (Ac)2-L-Lys-D-alanyl-D-alanine + H2O = (Ac)2-L-Lys-D-alanine + D-alanine. Связывание с пенициллином.
Специфичность?	Molecular function	4	карбоксипептидазная активность

Описание термина GO

Выберите 3 наиболее содержатальных термина GO, ассоциированных с изучаемым белком DACB_ECOLI, по одному термину из каждого словаря GO. Проведем поиск описаний выбранных терминов на главном сайте консорциума Gene Ontology. Заполним следующую таблицу:


Описание терминов GO

GO ID выбранного термина	Список синонимов	Список ближайших родительских терминов GO с указанием типа связи	Список ближайших дочерних терминов GO с указанием типа связи
GO:0030288	outer membrane bounded periplasmic space outer membrane-enclosed periplasmic space	GO:0030313 : cell envelope; GO:0044462 : external encapsulating structure part; GO:0042597 : periplasmic space	GO:0031236 : extrinsic to external side of plasma membrane, in periplasmic space; GO:0031237 : intrinsic to external side of plasma membrane, in periplasmic space;
GO:0009002	D-alanyl carboxypeptidase activity; D-alanyl-D-alanine carboxypeptidase activity; D-alanyl-D-alanine-carboxypeptidase activity; D-alanyl-D-alanine-cleaving peptidase activity; D-alanyl-D-alanine-cleaving-peptidase activity; DD-peptidase activity; DD-transpeptidase activity	GO:0004185 : serine-type carboxypeptidase activity	не найдено
GO:0004185	serine carboxypeptidase activity	GO:0004180 : carboxypeptidase activity; GO:0070008 : serine-type exopeptidase activity	GO:0009002 : serine-type D-Ala-D-Ala carboxypeptidase activity;

Оценка качества функциональной аннотации белков в UniProt

Определение числа реальных и гипотетических белков из Triticum

Таксон "ПШЕНИЦА":

русское название - пшеница;
английское название - wheat;
латинское название - triticum;
ранг таксона - род;
NCBI_TaxID - 4564;
Затем обратимся к SRS. Определим, как проиндексировано поле ProteinExistence БД UniProt:

- evidence at protein level (Существование белка доказано экспериментально);
- evidence at transcript level (Известны только соответствующие транскрипты);
- inferred from homology (Гипотетический белок, предсказан по гомологии);
- predicted (Иные предсказанные гипотетические белки);
- uncertain (не определен)



Соотношение между реальными и гипотетическими белками из пшеницы (по данным UniProt)

	Количество в UniProt
Существование белка доказано экспериментально	179
Известны только соответствующие транскрипты	2496
Гипотетический белок, предсказан по гомологии	814
Иные предсказанные гипотетические белки	3957

Определение качества функциональной аннотации в UniProt

Определиv с помощью одного запроса к SRS, сколько из реальных белков таксона пшеницы аннотированы по всем трем словарям GO и у которых встречается хотя бы один раз хотя бы один из кодов экспериментального доказательства функции (Guide to GO Evidence Codes).
Коды экспериментального доказательства функции:

* Inferred from Experiment (EXP)
* Inferred from Direct Assay (IDA)
* Inferred from Physical Interaction (IPI)
* Inferred from Mutant Phenotype (IMP)
* Inferred from Genetic Interaction (IGI)
* Inferred from Expression Pattern (IEP)

Составим запрос для SRS:
(([swissprot-Organism:Triticum*] & ((((([swissprot-ProteinExistence:1:*] & [swissprot-ProteinExistence:evidence*]) & [swissprot-ProteinExistence:at*]) & [swissprot-ProteinExistence:protein*]) & [swissprot-ProteinExistence:level*]) | [swissprot-ProteinExistence:1: evidence at protein level*]) ) & (([swissprot-DBxref_:P:*] & [swissprot-DBxref_:C:*] & [swissprot-DBxref_:F:*]) & ((((([swissprot-DBxref_:EXP:*] | [swissprot-DBxref_:IDA:*]) | [swissprot-DBxref_:IPI:*]) | [swissprot-DBxref_:IMP:*]) | [swissprot-DBxref_:IGI:*]) | [swissprot-DBxref_:IEP:*])))

Увы, такой запрос ничего не нашел. Тогда уберем поиск по трем словарям:

(([swissprot-Organism:Triticum*] & ((((([swissprot-ProteinExistence:1:*] & [swissprot-ProteinExistence:evidence*]) & [swissprot-ProteinExistence:at*]) & [swissprot-ProteinExistence:protein*]) & [swissprot-ProteinExistence:level*]) | [swissprot-ProteinExistence:1: evidence at protein level*]) ) & ((((([swissprot-DBxref_:EXP:*] | [swissprot-DBxref_:IDA:*]) | [swissprot-DBxref_:IPI:*]) | [swissprot-DBxref_:IMP:*]) | [swissprot-DBxref_:IGI:*]) | [swissprot-DBxref_:IEP:*]))

А вот такой запрос нашел 4 белка, но, к сожалению, среди них нет ни одного белка, который был бы проанноториван во всх трех словарях.

Использование GO для работы с массовыми данными

Получение выборки последовательностей белков с заданной функцией

Поищем все белки пшеницы (Triticum), выполняющих функцию биосинтеза аминокислот (amino acid biosynthesis) на сайте консорциума Gene Ontology. Такой белок имеет ID GO:0046437 (словарь biological process). Запрос к SRS:

([Taxonomy:Triticum*] & [DBxref_:GO:0046437*])

Такой запрос ничего не нашел.

Определение главной функции в большом списке белков

Дан файл P24228.txt со списком белков, полученный в результате массового эксперимента. Список включает и заданный белок DACB_ECOLI. Задача – определить белки с какими функциями доминируют в этом списке. Для этого используем программу GOstat. На вход подаем наш файл;в поле "Available GO gene-association databases & commonly used gene collections" выбираем БД goa_uniprot; в поле "Maximal p-value in GO output list" выбираем значение 0.01.
На аыходе получаем список терминов.




GO	Онтология GO	Термин
GO:0005886	cellular component	plasma membrane
GO:0000270	biological process	peptidoglycan metabolic process
GO:0005515	molecular function	protein binding
GO:0022603	biological process	regulation of anatomical structure morphogenesis
GO:0022604	biological process	regulation of cell morphogenesis
GO:0008360	biological process	regulation of cell shape
GO:0050793	biological process	regulation of developmental process
GO:0009252	biological process	peptidoglycan biosynthetic process
GO:0004180	molecular function	carboxypeptidase activity
GO:0007047	biological process	cellular cell wall organization
GO:0045229	biological process	external encapsulating structure organization
GO:0009002	molecular function	serine-type D-Ala-D-Ala carboxypeptidase activity
GO:0009273	biological process	peptidoglycan-based cell wall biogenesis
GO:0031504	biological process	peptidoglycan-based cell wall organization
GO:0042546	biological process	cell wall biogenesis
GO:0032989	biological process	cellular component morphogenesis
GO:0000902	biological process	cell morphogenesis
GO:0009653	biological process	anatomical structure morphogenesis
GO:0009254	biological process	peptidoglycan turnover
GO:0048856	biological process	anatomical structure development
GO:0004185	molecular function	serine-type carboxypeptidase activity
GO:0008238	molecular function	exopeptidase activity
GO:0009597	biological process	detection of virus
GO:0009595	biological process	detection of biotic stimulus
GO:0017171	molecular function	serine hydrolase activity
GO:0008236	molecular function	serine-type peptidase activity
GO:0005975	biological process	carbohydrate metabolic process
GO:0032502	biological process	developmental process
GO:0042597	cellular component	periplasmic space
GO:0016051	biological process	carbohydrate biosynthetic process



В выборке доминируют белки с функцией морфогенеза анатомической структуры, а точнее клеточной стенки.