Восстановление пространственной структуры белков, являющихся продуктами плохо изученных онкогенов и антионкогенов, методами гомологичного моделирования;

Изучить научную литературу, разобраться с понятиями онкоген и антионкоген. Выяснить, каким образом онкогены и антионкогены влияют на образование опухолей Просканировать базы данных онкогенов и антионкогенов, и выбрать из них плохо аннотированные Подробно изучить все сведения по каждому выбранному гену, опубликованные в базе данных и в литературных источниках Изучить и научиться пользоваться методами биоинформатики, необходимыми для решения поставленной задачи Попробовать восстановить пространственную структуру белковых продуктов выбранных генов, используя методы гомологичного моделирования

В геноме человека существуют гены, которые положительно или отрицательно влияют на вероятность возникновения раковых опухолей. Такие гены называются онкогенами и антионкогенами. К настоящему моменту накоплены сведения о более чем 1000 онкогенов и антионкогенов, однако для многих из них механизм их влияния на вероятность возникновения раковых опухолей непонятен. В том числе, зачастую оказывается неизвестна пространственная укладка и функция белков-продуктов этих генов. Установление пространственной структуры белков, являющихся продуктами тех или иных онкогенов и антионкогенов – актуальная задача, стоящая на пути к пониманию механизмов развития тех или иных разновидностей онкологических заболеваний.

Проанализирована база данных соматических мутаций в раковых опухолях COSMIC. На начальном этапе работы предстояло выбрать базу данных онкогенов и антионкогенов для первичного анализа. В качестве таковой была выбрана база данных COSMIC (Catalogue Of Somatic Mutations In Cancer, Каталог соматических мутаций при раке). Выбор был сделан в пользу этой базы данных, так как она показалась наиболее обширной и наиболее полно аннотированной базой данных по мутациям в раковых клетках, из находящихся в свободном доступе. База данных COSMIC сформирована в результате накопления данных в рамках масштабного проекта “Раковый геном”, осуществляющегося на базе Института Сенгера (Кембридж, Великобритания), однако, так же, содержит данные из других источников (многочисленных работ публикующихся по всему миру). Всего база данных насчитывает, на данный момент, около 6 миллионов записей. Ограниченный раздел этой базы данных, называемый “Cancer Gene Census” (Перепись раковых генов) содержит 723 записи, в которых содержатся идентификаторы, названия и аннотации тех генов, причинно-следственная взаимосвязь которых с возникновением раковых опухолей была экспериментально подтверждена. Было решено проанализировать все 723 записи в разделе “Cancer Gene Census”. Поиск был направлен на выявление, генов, значительно вовлечённых в образование раковых опухолей. Особое внимание уделялось тем генам, в аннотации к которым имелись белые пятна, например, была неизвестна структура белкового продукта, не были известны лиганды данного белка, или же имелись какие-либо другие пробелы в понимании механизма их работы, который приводил в итоге к возникновению раковых опухолей. В результате данного первичного анализа были отобраны 47 генов, которые показались достаточно интересными для дальнейшего изучения (см. Приложение 1). Далее был проведён вторичный отбор, при котором анализе, исключались из рассмотрения белки, относящиеся к семействам белков с хорошо известной топологией. Так из рассмотрения были исключены все белки, содержащие гомеобоксные домены и иммуноглобулиновые домены. В результате вторичного анализа был выбран один единственный ген (СHIC2), белковый продукт, которого не имеет известной пространственной структуры, обнаруживается на плазматической мембране клеток, и мембранах пузырьков Гольджи, а также вовлечён в развитие лейкемии. При помощи интернет сервиса BlastP была установлена гомология белка CHIC2 c белками подсемейства Гольджинов А7, а также с цистеин-протеазным доменом белка TcdB C. difficile. На основе известной 3-й структуры цистеин-протеазного домена белка TcdB, методом гомологичного моделирования при помощи онлайн-приложения Swissmodel была получена предполагаемая структура белка CHIC2 (см. Приложение 4). При помощи открытого веб-сервиса PredictProtein были выявлены свободные и трансмембранные участки белка CHIC2, а также на финальном этапе работы предложена схема олигомеризации субъединиц белка CHIC2 путём обмена доменами.

Для первичного анализа была выбрана база данных онкогенов COSMIC (Catalogue Of Somatic Mutations In Cancer, cancer.sanger.ac.uk), для поиска информации по интересующим белкам, а также для поиска последовательностей белков использовалась аннотированная база данных белков Uniprot (www.uniprot.org), для поиска известных пространственных структур белков была использована база данных PDB (Protein Data Bank, http://www.rcsb.org/pdb). Поиск гомологов белков производился при помощи онлайн-инструмента BlastP (blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi). Для построения множественных белковых выравниваний использовалось приложение Clustal omega. Для предсказания участков вторичной структуры использовался вэб-сервис PredictProtein(open.predictprotein.org), для построения предполагаемой структуры белка CHIC2 использовалось онлайн-приложение Swissmodel.