Болезни человека, так или иначе связанные с ферментом: во-первых, фермент был выделен не только из здоровых органов человека, но и из опухолей (аденокарциномы, опухолей желудка, матки, яичников, пищевода, молочных желез и др.). Во-вторых, существуют заболевания, напрямую связанные с нарушениями функционирования тимидинфосфорилазы: это хронические ишемические заболевания сердца, болезни пищевода и ротоглотки. Напротив каждого упоминания заболевания в Brenda дана ссылка на соответствующую статью.
Сравнение аннотации функций у 3-х ферментов из далеких организмов.
Рассматирвались те же белки, что и во втором обязательном задании (см.пункт 2): TYPH_ECOLI, TYPH_METJA и TYPH_HUMAN тимидинфосфорилазы (EC 2.4.2.4) соответственно из кишечной палочки, метанококка и человека.
1) Сравнение аннотации функций в БД GOA.
Поиск соответствующих аннотаций в БД GOA велся по AC UniProt (см. вторую колонку таблицы1) всех трех белков поочередно. Результаты поиска (аннотации из разных онтологий GO) приведены ниже в таблице.
Таблица 3. Аннотации GO для тимидинфосфорилаз из трех эволюционно далеких организмов.
|
TYPH_ECOLI |
TYPH_METJA |
TYPH_HUMAN |
Для чего фермент предназначен? (данные онтологии process) |
Метаболические процессы; Процессы метаболизма пиримидиновых оснований |
Метаболические процессы; Процессы метаболизма пиримидиновых оснований |
Метаболические процессы; Процессы метаболизма пиримидиновых оснований;
Процессы метаболизма пиримидиновых нуклеотидов
Ангиогенез;
Хемотаксис;
Передача сигнала от клетки к клетке;
Развитие многоклеточных организмов;
Дифференцировка клеток;
Передача сигнала, опосредованная рецептором клеточной поверхности;
Репликация ДНК;
Поддержание митохондриального генома
|
Каким образом фермент функционирует? (данные онтологии function) |
Трансферазная активность;
Трансферазная активность, связанная с переносом гликозильных групп;
Тимидинфосфорилазная активность;
Соединение с белками |
Трансферазная активность;
Трансферазная активность, связанная с переносом гликозильных групп;
Тимидинфосфорилазная активность |
Трансферазная активность;
Трансферазная активность, связанная с переносом гликозильных групп;
Тимидинфосфорилазная активность;
Активность ростового фактора;
Связывание рецептора тромбоцитарного фактора роста
|
Где в клетке встречается фермент? (данные онтологии component) |
Мембранная фракция |
Нет данных |
Внеклеточное пространство;
растворимая фракция |
Наиболее обширно аннотирован белок из человека, наименее белок из метанококка, что понятно: даже очень хорошо изученная археобактерия исследована в меньшей степени, чем человек (очевидно, что протеом человека аннотирован лучше ввиду большего количества путей применения результатов такого аннотирования). Как видно из
аннотаций, относящихся к онтологиям process и function, для существует общий набор функций, активностей и механизмов, прямо связанных с тимидинфосфорилазной активностью (назовем такой набор базовым), которым обладает каждый белок из трех исследованных, в таблице соответствующие аннотации выделены подчеркиванием. Кроме того, с каждым из трех ферментов связаны аннотации, каких нет у остальных белков. Особо интересно с этой точки зрения рассмотреть фермент человека. Обилие его аннотаций из онтологий function и process вполне объяснимо: во-первых, как уже было сказано выше, этот белок, по видимому, исследован в большей степени, чем другие (что понятно: выполняя первое дополнительное задание, мы узнали, что с тимидинфосфорилазами у человека связаны различные заболевания, этим вполне может быть обусловлен интерес к данной группе ферментов у человека, в том числе к TYPH_ECOLI). Во-вторых, в отличие от палочки и метанококка, человек мгногоклеточный организм, и, кроме базового набора активностей и процессов, у тимидинфосфорилазы человека появляется функции, которых не могло быть у ферментов одноклеточных. К примеру, функции, связанные с взаимодействием клеток между собой, с межклеточной сигнализацией. Подобные аннотации выделены в таблице курсивом, как видим, они ассоциированы в GOA только с ферментом человека. Нам кажется, что именно в связи с дополнительным набором функций межклеточной сигнализации TYPH_HUMAN локализуется во внеклеточном пространстве.
Кроме охарактеризованных групп аннотаций, существуют еще несколько аннотаций, относящихся только к тому или иному ферменту. К примеру, белок TYPH_HUMAN каким-то образом связан с репликацией ДНК. Мы не уверены, можно ли эту функцию относить с высокой степенью достоверности к группе функций, связанных с межклеточными взаимодействиями. С одной стороны, репликация связана с дифференцировкой в развитии организма, а, судя по выделенным курсивом аннотациям, TYPH_HUMAN принимает участие и в дифференцировке, и в развитии многоклеточного организма в общем. С другой стороны, недостаточно информации, чтобы считать, что процесс репликации здесь имеется в виду именно с точки зрения развития организма. Еще один пример "индивидуальной" аннотации "Соединение с белками" (онтология process) TYPH_ECOLI. Странно, что остальные ферменты не имеют подобной аннотации, ведь, как мы узнали, выполняя первое дополнительное задание (см. здесь), тимидинфосфорилаза имеет гомодимерную четвертичную структуру, то есть каждая полипептидная цепь белка соединяется с одной такой же. Поэтому мы ожидали, что все исследуемые белки будут обладать подобной функцией (соединение с белками). Оказалось, что только один из трех TYPH_ECOLI.
Интересными оказались некоторые различия в расположении ферментов из разных организмов в клетке. Насчет локализации TYPH_METJA GOA не сообщает никакой информации; о том, почему в человеческом организме белок с тимидинфосфорилазной активностью может располагаться во внеклеточном пространстве, мы уже говорили. Интересно, что в E.coli тимидинфосфорилаза мембраносвязанный фермент, а у человека она относится к растворимой фракции клетки.
2) Сравнение аннотаций GOA с аннотациями в UniProt
Ожидалось, что UniProt даст менее подробную аннотацию, чем GOA, поскольку в БД GO собрана информация, основанная не только на данных UniProt, но и на многих других источниках информации
(БД GO был задумана как обобщающая база данных, описывающая гены и их продукты).
Для получения аннотации UniProt для наших тимидинфосфорилаз к названной БД через SRS был обращен следующий простой запрос: (([uniprot-ID:TYPH_ECOLI*] | [uniprot-ID:TYPH_HUMAN*]) | [uniprot-ID:TYPH_METJA*]) . Необходимые нам данные находятся в поле CC документа UniProt. Для визуализации содержимого этого поля, прежде чем отправить запрос, выберем в поле "Result Display Options" Create a View и "попросим" SRS показать нам данные поля ID и все необходимое из поля СС (Comment:ID; Comment:CommentType и Comment:Comment) каждого документа UniProt*. В результате описанных действий были получены необходимые нам аннотации (комментарии) каждого белка, которые мы привели в таблице ниже. Мы постарались использовать тот же план описания функции, что применялся при работе с GOA. Данные, касающиеся функции, в UniProt не столь структурированы, как данные GO, поэтому распределение информации по полям таблицы может показаться спорным.
Таблица 4. Аннотация тимидинфосфорилаз из эволюционно далеких организмов по данным UniProt.
|
TYPH_ECOLI |
TYPH_METJA |
TYPH_HUMAN |
Для чего фермент предназначен? |
Метаболизм пиримидиновых нуклеотидов, в том числе тимидина; Катализ реакции
Thymidine + phosphate = thymine + 2-deoxy- CC alpha-D-ribose 1-phosphate
(обратимого фосфоролиза пиримидиновых нуклеозидов);
Деградация пиримидиновых нуклеозидов;
Утилизация пиримидиновых нуклеозидов в качестве углерода, энергетических субстратов и материала для пиримидинового синтеза |
Катализ реакции
Thymidine + phosphate = thymine + 2-deoxy- CC alpha-D-ribose 1-phosphate. |
Метаболизм пиримидиновых нуклеотидов, в том числе тимидина; Катализ реакции
Thymidine + phosphate = thymine + 2-deoxy- CC alpha-D-ribose 1-phosphate
(обратимого фосфоролиза пиримидиновых нуклеозидов);
Утилизация пиримидиновых нуклеозидов в качестве углерода, энергетических субстратов и материала для пиримидинового синтеза
Сохранение целостности кровеносных сосудов;
Активность, способствующая росту клеток эндотелия;
Ангиогенная активность (in vivo);
Хемотаксическая активность (in vitro)
|
Каким образом фермент функционирует? Где в клетке локализуется? |
Нет данных |
Нет данных |
Нет данных |
Четвертичная структура фермента |
Гомодимер |
Нет данных |
Гомодимер |
Примечание: для TYPH_HUMAN указаны также болезни, связанные с нарушениями его функционирования в организме человека.
Кроме приведенных в таблице аннотаций, были рассмотрены ссылки на GO: в документах UniProt аннотация с помощью терминов GO оказалась далеко не столь полной, как в GOA. К примеру, вместо порядка десяти (см. таблицу 3) для TYPH_ECOLI дано всего две
аннотации (ссылки на два термина) GO. Все эти аннотации мы уже рассматривали выше, поэтому повторяться не будем.
Как видно из таблицы 4, аннотации UniProt для тимидинфосфорилаз также можно разделить на две группы: касающиеся функций, связанных с тимидинфосфорилазной активностью (соответствующие пункты в таблице 4 подчеркнуты) и касающиеся функций, связанных с взаимодействием клеток внутри организма (функции данной группы присущи только ферменту человека, выделены в таблице курсивом). В аннотации UniProt ничего не сказано о локализации белков в клетке, зато есть данные о гомодимерной четвертичной структуре, что косвенно говорит о наличии у всех белков функции с условным названием "соединение с белками". Из аннотации UniProt больше всего мы узнаем о тех свойствах белков, которые в GO были бы отнесены к онтологии processes и не узнаем о том, как работает тот или иной фермент.
Заполняя таблицы 3 и 4, мы ничего не упоминали о достоверности указанных данных. С этой точки зрения аннотации GO более "прозрачны", поскольку каждая из них в обязательном порядке снабжена кодом данных, по которому можно судить о достоверности приведенной информации. В UniProt оценка достоверности более скудная; она скорее косвенная, к примеру, некоторые записи поля CC звучат не как утверждения, а как предположения (May have a role in maintaining the integrity of the CC blood vessels...). Безусловно, система оценка достоверности данных, принятая в GO, гораздо удобнее; в UniProt нет даже намека на подобную систему, особо нет и ссылок, по которым можно проверить те или иные заявленные в поле комментариев данные. В полях RA, RT и других документа UniProt есть ссылки на различные статьи, связанные с описываемым белком, однако точно проассоциировать эти ссылки с данными из коментариев невозможно
Таким образом, как и ожидалось, UniProt дал менее подробную информацию насчер функции тимидинфосфорилаз из разных организмов, чем специализированный ресурс GO, к тому же достоверность аннотаций UniProt не поддается оценке.
*Необходимые данные UniProt можно было получить еще одним путем: с помощью опции SRS Save сохранить три полных документа, и в них с помощью текстового поиска искать строки с идентификаторами СС (comments) и GO;.
Cравнение cвойств 2-х ферментов с одним и тем же кодом из далеких организмов человека и ахеобактерии.
Сравниванили два фермента с тимидинфосфорилазной активеностью (EC 2.4.2.4) из разных организмов человека (ID белка TYPH_HUMAN) и кишечной палочки (TYPH_ECOLI)
Сравнение проводилось с помощью ресурсов ферментной БД Brenda (см. пункт третий) по следующим критериям: оптимуму рН действия ферментов, ингибиторам и активаторам данных ферментов. Для получения необходимых данных сначала в поле "Select one or more organisms in this record" выбрали
Escherichia coli и Homo sapiens, нажали Submit. В отфильтрованной по этим двум организмам выдаче рассматривали таблицы "ACTIVATING COMPOUND", "INHIBITORS" и "pH OPTIMUM". Для каждого из гранизмов в этих таблицах имеются разные данные, при этом для каждого нового утвержедения есть ссылка на статью, подтверждающую данные. К сожалению, нет возможности быстро найти интересующие данные для конкретного белка (в нашем случае для TYPH_HUMAN и TYPH_ECOLI); в таблицах данные даются для тимидинфосфорилаз из определенных организмов (что вообще говоря, не то же самое). Уточнить, к какому конкретно белку относятся данные, думается, можно только перейдя по ссылке на статью (да и то не всегда не в каждой статье дается ID исследуемого белка). В случае нашего фермента такая проблема стоит не очень остро (у каждого из исследуемых организмов, по данным UniProt, только по одному белку
с функцией тимидинфосфорилазы), но, вообще говоря, для многих ферментов у некоторых организмов существуют изоферменты различные белки, выполняющие одну и ту же функцию и несколько разнящиеся по последовательности и обысно по оптимальным условиям "работы". При исследовании, скажем, pH-оптимума таких белков с помощью Brenda может быть непонятно, к какому конкретно белку те или иные данные относятся. Кроме такой неопределенности, видно, что в таблице "pH OPTIMUM" для ферментов из одного и того же организма очень много значений (для тимидинфосфорилазы человека, 7 разных значений, для тимидинфосфорилазы E.coli 2 значения). Вероятно, некоторые из них означают pH оптимум при разных значениях температуры, но все же такое обилие значений оптимума pH не совсем ясно.
В нашем случае мы считали, что везде, где в таблицах Brenda указан вид Homo sapiens, идет речь о белке TYPH_HUMAN, а где написано E.coli о TYPH_ECOLI.
По результатам сравнения составили таблицу:
Таблица 5. Сравнение белков с тимидинфосфорилазной активностью из далеких организмов.
Критерий |
TYPH_HUMAN |
TYPH_ECOLI |
Оптимум pH |
10
7.8
7.5
7.4
6
5.7
6.3 |
6.3
7.1 |
Активаторы |
Мочевина (в низких концентрациях) |
Нет данных |
Ингибиторы |
|
|