Исследователи из Японии использовали систему высокопроизводительной флуоресцентной микроскопии и алгоритмы машинного обучения, чтобы составить карту изменений в локализации белков, связанных с окислительным стрессом. Кроме того, они разработали комплексную базу данных под названием Localizatome, объединив данные о субклеточной локализации 10 287 белков человека.
База данных Localizatome
Эта база данных предоставляет информацию как о стационарной субклеточной локализации белков, так и о динамических изменениях в локализации, которые происходят в ответ на окислительный стресс. Работа опубликована в журнале Database.
Белки — это важный класс биологических макромолекул, которые состоят из длинных цепей аминокислотных остатков. Эти макромолекулы играют важную роль в регуляции разнообразных функций клеток, тканей и систем органов.
Для обеспечения бесперебойной работы жизненно важных клеточных процессов белки должны присутствовать в соответствующих местах в достаточном количестве. Такое специфическое накопление белка в клетке известно как субклеточная локализация белка.
В последние годы было разработано несколько баз данных, предоставляющих информацию о субклеточной локализации белков в клетках млекопитающих. Однако данные в этих хранилищах ограничены информацией о локализации белков в клетках, которые поддерживаются в стабильных или стационарных условиях.
Информация о динамических изменениях в локализации белков при воздействии на клетки стресса имеет первостепенное значение для продвижения современного понимания заболеваний и может помочь в разработке терапевтических стратегий.
Создание базы данных Localizatome
Чтобы выявить динамические изменения в локализации белков, связанных с окислительным стрессом, группа исследователей под руководством профессора Хироши Асахары из Института научной медицины (Science Tokyo), Япония, разработала базу данных Localizatome.
Исследователи из Science Tokyo сотрудничали с учёными из Университета Осаки, RIKEN, Университета Мусасино и Национального института передовой промышленной науки и технологий для создания базы данных.
Асахара объясняет: «Окислительный стресс, вызванный чрезмерной выработкой активных форм кислорода, является критическим фактором в возникновении и прогрессировании некоторых заболеваний, включая старение и рак. Понимание того, как белки ведут себя при окислительном стрессе, важно для выяснения основных механизмов. Localizatome охватывает различные зависимые от окислительного стресса изменения в субклеточной локализации белков».
Методы исследования
Для регистрации динамических изменений в локализации исследователи первоначально использовали клетки HeLa — линию клеток человека, экспрессирующих 10 287 человеческих белков, содержащих флуоресцентные метки.
Затем они использовали специализированную систему высокопроизводительной микроскопии, включающую робот для транспортировки планшетов. Для картирования паттернов локализации каждого белка до и после воздействия окислительного стресса использовалась визуализация в реальном времени с помощью флуоресценции. Кроме того, был проведён анализ изображений на основе машинного обучения для точного обнаружения изменений в субклеточной локализации белков в зависимости от стресса.
Благодаря анализу машинного обучения и ручной проверке в настоящее время в базе данных Localizatome доступны данные о локализации 8 055 человеческих белков.
Примечательно, что учёные обнаружили, что 1 910 белков демонстрировали отчётливые закономерности формирования фокусов в ответ на окислительный стресс. Дальнейший анализ этих 1 910 белков с помощью Gene Ontology и анализа путей Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes показал, что эти белки были связаны с сигнальным путём Hippo, клеточным делением и деградацией белков.
Асахара заявляет: «[База данных] Localizatome может быть легко доступна через удобный веб-интерфейс и предоставляет открытый доступ к данным об изображениях флуоресценции, информации о координатах клеток, а также баллам и изменениям накопления белков».
Разработка базы данных Localizatome может стимулировать будущие исследования в области субклеточной локализации белков и способствовать выяснению молекулярных механизмов, лежащих в основе заболеваний, связанных с окислительным стрессом, а также разработке новых терапевтических подходов.
Предоставлено:
[Institute of Science Tokyo](https://www.isct.ac.jp/en)