ניתוח מקיף של למעלה מ-500,000 גרסאות חלבון אנושיות מגלה ש-60% ממוטציות ה-missense הגורמות למחלה מפחיתות את יציבות החלבון
ניתוח מקיף של למעלה מ-500,000 גרסאות חלבון אנושיות מגלה ש-60% ממוטציות ה-missense הגורמות למחלה מפחיתות את יציבות החלבון
במחקר שפורסם לאחרונה ב טֶבַע, חוקרים השתמשו במבחנים חדשניים, לרבות מבחני סינתזה מקבילה מאסיבית (MPS) ומבחני השלמת שברי חלבון בשפע (PCA), כדי לבנות מסד נתונים של מוטציות פספוס אנושיות והשפעותיהן על מחלות לא מדבקות (גנטיות).
הספרייה ששמה המתאים "Human Domainome 1" חישבה 563,534 וריאנטים מוטנטיים על פני 522 תחומי חלבון, המייצגים עלייה של יותר מפי חמישה בידע המדעי.
המחקר מדד עוד יותר את התרומה של וריאנטים מוטנטיים ליציבות (קיפול) חלבון, ובתמורה, תפקידם בכושר ובפתוגניות. לבסוף, המחקר מבהיר את ההשפעות של יציבות הקפלים על הביטויים של הפרעות דומיננטיות ורצסיביות והאנרגטיות של השפעות מוטציות שמורות.
רֶקַע
מוטציות Missense הן שינויים גנטיים הנובעים מהחלפה של זוג בסיסים בודד (bp) ברצף חומצות אמינו (aa) בזוג בסיסים שונה, וכתוצאה מכך תרגום של חלבון שונה מהמתוכנן. בעוד שרובם אינם מזיקים ואינם מורגשים בחיי היום-יום, חוקרים מעריכים כי מוטציות פספוס אחראיות לכ-33% מהמחלות הגנטיות של בני האדם.
מוטציות Missense שכיחות באופן מפתיע – האוכלוסייה האנושית מכילה עשרות מיליוני גרסאות גנטיות אלה. לרוע המזל, ההשפעות התפקודיות שלהם על הפתוגניות והמחלות של בני האדם נותרו לא ידועות במידה רבה.
לגבי המחקר
המחקר הנוכחי משתמש במערך ניסיוני רחב היקף הכולל יותר מ-563,534 וריאנטים גנטיים כדי להבהיר את ההשפעות הקליניות שלהם על 522 תחומי חלבון אנושיים, ובכך לספק תובנות חסרות תקדים לגבי ההשפעות של מוטציות קלות על מחלות אנושיות.
המחקר השתמש בסינתזת DNA במקביל לניסויי בחירה תאית כדי ליצור את 'הדומיין האנושי' הראשון – קטלוג של האופן שבו כל aa, כאשר עובר מוטציה לכל aa אפשרי אחר (n=19) באותו מיקום בתחום, משתנה מבחינה תפקודית. .
נתוני המחקר נוצרו באמצעות טכנולוגיית מסיבית במקביל סינתזה (mMPS) מבוססת מיקרו-שבבים חדשנית, ויצרה 1,230,584 גרסאות aa המקבילות ל-1,248 תחומי חלבון.
ההשקפה המדעית הרווחת על ההשפעות של מוטציות מיסנס על בריאות טוענת ששינויים ברצפי aa משנים את יציבות הקיפול של חלבונים שנוצרו, ובכך מעוררים מחלות גנטיות. כדי לאמת השקפה זו, בוצעו מבחני השלמת שברי חלבון בשפע (aPCA). המבחנים משתמשים ברצף בתפוקה גבוהה של גרסאות מאוחדות (מאות אלפי חלבונים) כדי לכמת את ההשפעות של שינויים גנטיים על קצבי גדילה תאי וייצור אנזימים (של תאי שמרים) ולחשוף את המנגנונים המולקולריים שלהם.
מבחנים אלה אפשרו למחקר להעריך את התרומות היחסיות של וריאנטים גנטיים שונים לכושר האדם, לזהות אתרים תפקודיים (מטרות פוטנציאליות של מחקר קליני עתידי), ולהעריך את הקשר בין יציבות חלבון לפתוגניות.
בנוסף, המחקר העריך את הביצועים של מנבאי אפקט וריאנטים חישוביים (VEPs) – תקן הזהב הנוכחי בסיווג וריאנטים קליניים, על דיוקם. יש לציין כי מערך ההערכה שסופק על ידי מחקר זה גדול פי חמישה ממה שהיה ידוע למדע בעבר.
לבסוף, המחקר השתמש במודל תרמודינמי שנגזר מפונקציות של מחיצת Boltzmann כדי להבהיר את שימור ההשפעות המוטציוניות ואת היסודות האנרגטיים של אינטראקציות קיפול חלבון.
תרומות
המחקר מבהיר את התפקיד של קיפול חלבון במחלות גנטיות, ומדגיש כי ~60% ממוטציות החמצה פתוגניות מעוררות מחלות באמצעות הפחתת יציבות החלבון.
נמצא כי חוסר יציבות חלבון הוא הגורם העיקרי להיווצרות קטרקט תורשתית, מחלות עיניים אחרות, דלדול שרירים ומחלות נוירולוגיות. לדוגמה, המחקר גילה ש-72% (13 מתוך 18 מוטציות שהוערכו) מהווריאציות הגנטיות הקשורות לקטרקט נבעו מקיפול וחוסר יציבות של קריסטליני בטא-גמא, החלבונים האחראים לשמירה על בהירות העדשה.
מתוך 621 המוטציות הגורמות למחלה המוכרות שהוערכו, נמצא כי 61% נובעות מתהליכי ערעור דומים. הפרעות רצסיביות היו רגישות במיוחד לפתוגניות הנגרמת על ידי יציבות. נמצא כי משפחות חלבון כל-ביתא הושפעו בצורה חזקה יותר ממשפחות חלבון אחרות, וניתן לצפייה ביולוגית כהפחתות בכושר האבולוציוני.
מסד הנתונים Human Dominome 1 משמש כמקור הנתונים העדכני הנרחב ביותר עבור קלינאים, חוקרים ומודלים של למידת מכונה חישובית/חזויה, המאפשר זיהוי וניהול מוקדם של מחלות גנטיות.
יש לציין, למרות היותו גדול כמעט פי חמישה מהידע המדעי הקולקטיבי הקודם על מוטציות מיסנס, לפי ההערכות הוא מכסה רק 2.5% מהחלבונים האנושיים הידועים, מה שמצריך עדכונים עתידיים כדי למצות את הפוטנציאל האמיתי שלו.
