Ученые составили атлас микропротеинов для исследования болезни Альцгеймера
Атлас микропротеинов мозга подготовили в Институте Солка. Он поможет изучать старение и нейродегенеративные болезни, включая Альцгеймера и Паркинсона. Об этом сообщает сайт Известия.
Микропротеины — короткие молекулы, которые клетки производят с отдельных участков генома. Обнаружить их труднее, чем крупные белки. При стандартном протеомном анализе белки дробят на пептиды, а масс-спектрометр их регистрирует. Для надёжного подтверждения обычно нужны минимум два характерных пептида. У короткой молекулы таких фрагментов может не быть, поэтому десятилетиями она оставалась вне баз данных.
В работе объединили транскриптомику, рибосомное профилирование и масс-спектрометрию. Материалом стала дорсолатеральная префронтальная кора — область лобной доли, отвечающая за память, планирование, внимание и решения. Через протеогеномный конвейер прошли 610 посмертных образцов, 608 соответствовали критериям качества. Для сравнения отобрали 480 образцов из проекта Religious Orders Study and Memory and Aging Project. Среди доноров 111 человек не имели болезни Альцгеймера, у 182 были патологические изменения мозга без прижизненной деменции, ещё у 187 — изменения и клинические симптомы. Средний возраст составлял около 88 лет.
Специалисты заново обработали существующие данные с помощью программы ShortStop. Алгоритм машинного обучения ищет небольшие открытые рамки считывания. Он учитывает последовательность аминокислот и физико-химические свойства молекул. Прогнозы сопоставили с результатами масс-спектрометрии, чтобы снизить риск случайного сигнала.
Всего изучили 3001 микропротеин, которых нет в рецензируемом разделе UniProtKB. Для 1067 молекул получили спектральные данные высокой надёжности. Ещё 1433 имеют среднюю оценку и требуют проверки. Многие из 1067 ранее не находили в ткани человеческого мозга. Для 814 молекул подтверждение опиралось лишь на один уникальный пептид. Почти три четверти найденных микропротеинов кодировались участками генома, уже связанными с более крупными белками. Иногда содержание короткой молекулы менялось независимо от основного белка.
При сравнении здоровых образцов и тканей пациентов с симптоматической болезнью Альцгеймера в строгой модели выявили 22 молекулы со значимыми различиями. Более мягкий поиск дал до 258 кандидатов. Также нашли 99 известных коротких белков, уровень которых различался между группами.
Отдельно исследователи рассмотрели микроглию — иммунные клетки центральной нервной системы. Среди молекул выделили micro-MKKS63 длиной 63 аминокислоты. Он кодируется короткой рамкой считывания в гене MKKS. Крупный белок этого гена состоит из 570 аминокислот, но в лобной коре его производство почти не обнаружили. Micro-MKKS63 оказался преобладающим продуктом участка. У людей с симптомами Альцгеймера его содержание было ниже, чем без заболевания. При этом уровень транскриптов крупного MKKS не менялся.
Micro-MKKS63 связан с митохондриями. Его нашли в митохондриальной области клеток микроглии. Через CRISPR–Cas9 нарушили только короткую рамку, не затронув участок для крупного белка. После этого в двух линиях клеток упали базовое потребление кислорода, максимальная интенсивность дыхания и выработка энергии, связанная с АТФ. Это указывает на роль микропротеина в окислительном фосфорилировании. Пока неясно, вызывает ли его нехватка болезнь или возникает уже на фоне патологии.
Работа показывает, что карта человеческого протеома неполна. Традиционно считавшийся «основным» белок гена не всегда главный продукт во всех тканях. В мозге короткая молекула может производиться активнее крупной. Это важно для биомаркеров и терапевтических мишеней. Данные об экспрессии, оценки спектров и программы обработки авторы сделали доступными.
