חלבונים מקיימים חיים כפי שאנו מכירים אותם, ומשרתים תפקידים מבניים ותפקודיים חשובים בכל הגוף. אולם מולקולות גדולות אלה הטילו צל ארוך על תת -סוג קטן יותר של חלבונים הנקראים מיקרו -פרוטאינים.
מיקרו-פרוטאינים אבדו ב- 99% מה- DNA שהתעלמו כ"לא קידוד "-סידורים במתיחות עצומות וחשוכות של קוד גנטי שלא נחקר. אך למרות היותם קטנים וחמקמקים, השפעתם עשויה להיות גדולה באותה מידה כמו חלבונים גדולים יותר.
מדעני מכון סאלק בוחנים כעת את הצד האפל המסתורי של הגנום בחיפוש אחר מיקרו -פרוטאינים. בעזרת הכלי החדש שלהם ShortStop, החוקרים יכולים לחקור מסדי נתונים גנטיים ולזהות מתיחות DNA בגנום שסביר להניח שקוד למיקרו -חלבונים.
חשוב לציין כי ShortStop מנבא אילו מיקרו -חילולי חילול סביר להניח שהם רלוונטיים ביולוגית, וחוסך זמן וכסף בחיפוש אחר מיקרו -חילולי חילול המעורבים בבריאות ובמחלות.
ShortStop מאיר אור חדש על מערכי נתונים קיימים, ומדגישים מיקרו -פרוטאינים בעבר בלתי אפשרי למצוא. למעשה, צוות SALK כבר השתמש בכלי כדי לנתח מערך נתונים של סרטן הריאות כדי למצוא 210 מועמדים מיקרו-פרוטאין חדשים לחלוטין-עם מיקרו-פרוטאין מאושר אחד-שעשוי ליצור יעדים טיפוליים טובים בעתיד.
הממצאים פורסמו ב שיטות BMC ב- 31 ביולי 2025.
מרבית החלבונים בגופנו ידועים היטב, אך תגליות אחרונות מראים כי חסרים לנו אלפי מיקרו-חלבונים קטנים ונסתרים שנקראו חלבונים שנקראו באזורים שהתעלמו מהגנום שלנו. במשך זמן רב, מדענים רק חקרו באמת את אזורי ה- DNA שקידדו עבור חלבונים גדולים ופטרו את השאר כ"- DNA של זבל ", אך כעת אנו לומדים כי אזורים אחרים אלה הם למעשה חשובים מאוד, והמיקרו -חילונות שהם מייצרים יכולים לשחק תפקידים קריטיים בוויסות הבריאות והמחלות."
אלן סגאטליאן, לומד סופר בכיר ופרופסור, מכון סאלק
עוד על מיקרו -פרוטאינים
קשה לאתר ולקטלוג מיקרו -פרוטאינים, בעיקר בגודל שלהם. בהשוואה לחלבונים סטנדרטיים שיכולים לנוע בין מאות לאלפי חומצות אמינו באורך, מיקרו -פרוטאינים מכילים בדרך כלל פחות מ- 150 חומצות אמינו, מה שמקשה עליהן לאתר בשיטות ניתוח חלבון סטנדרטיות. לכן, במקום לחפש את המיקרו -פרוטאינים עצמם, מדענים מחפשים מערכי נתונים גדולים וזמינים לציבור עבור רצפי ה- DNA שהופכים אותם.
מדענים למדו כעת כי קטעים מסוימים של DNA שנקראו מסגרות קריאה פתוחות קטנות (SMORFS) יכול להכיל את ההוראות לייצור מיקרו -פרוטאינים. שיטות הניסוי הנוכחיות כבר קטלגו אלפי SMORFs, אך כלים אלה נותרו זמן רב ויקרים. יתר על כן, חוסר היכולת שלהם להפריד בין מיקרו -פרוטאינים שעלולים להיות פונקציונליים ממיקרו -פרוטאינים לא פונקציונליים עצר את גילוים ואפיונם.
איך פועל קצר הפסקה
לא כל SMORFs מתורגמים למיקרו -פרוטאינים בעלי משמעות ביולוגית. שיטות קיימות אינן יכולות להבחין בין SMORFs המניבים מיקרו-פרוטאין פונקציונלי ולא פונקציונלי. המשמעות היא שעל המדענים לבדוק באופן עצמאי כל מיקרופרוטאין כדי לקבוע אם הוא פונקציונלי או לא.
ShortStop משנה באופן קיצוני את זרימת העבודה הזו, ומיטב את גילוי SMORF על ידי מיון מיקרו -פרוטאינים לקטגוריות פונקציונליות ולא פונקציונליות. המפתח למיון הדו-קלאסי של שורטפופ הוא כיצד הוא מאומן כמערכת למידת מכונה. האימונים שלה מסתמכים על מערך בקרה שלילי של SMORFs אקראיים שנוצרו על ידי מחשב. ShortStop משווה בין SMORFs שנמצאו כנגד פיתולים אלה כדי להחליט במהירות אם SMORF חדש עשוי להיות פונקציונלי או לא פונקציונלי.
ShortStop לא יכול לומר באופן סופי אם SMORF יתקוד למיקרופרוטאין רלוונטי מבחינה ביולוגית, אך מערכת דו-כיתתית זו מצמצמת את הבריכה הניסיונית מאוד. כעת החוקרים יכולים לבלות פחות זמן במיון ידני דרך מערכי נתונים ונכשלים בספסל.
כאשר החוקרים יישמו את ShortStop על מערך נתונים של SMORF שפורסם בעבר, הם זיהו 8% כמיקרופרוטאינים פונקציונליים סבירים, תוך עדיפות להם למעקב ממוקד. זה מאיץ את אפיון המיקרופרוטאין על ידי סינון רצפים שלא סביר שיש לו רלוונטיות ביולוגית. ShortStop יכול היה לזהות גם מיקרו -פרוטאינים שהתעלמו מהם על ידי שיטות אחרות, כולל אחת שתוקפה על ידי גילוי בתאים אנושיים וברקמות.
"מה שהופך את ShortStop לחזק במיוחד הוא שהוא עובד עם סוגי נתונים נפוצים, כמו מערכי נתונים של רצף RNA, בהם מעבדות רבות כבר משתמשות", אומר הסופר הראשון ברנדן מילר, חוקר פוסט -דוקטורט במעבדה של סגאטליאן. "פירוש הדבר שנוכל כעת לחפש מיקרו -פרוטאינים ברקמות בריאות וחולות בקנה מידה, אשר יחשוף תובנות חדשות על הביולוגיה האנושית ויפתחו נתיבים חדשים לאבחון וטיפול במחלות, כמו סרטן ומחלת אלצהיימר."
כתמים קצרים של מיקרופרוטאין הקשורים לסרטן ריאות
החוקרים כבר השתמשו בקצרה בקצרה כדי לזהות מיקרופרוטאין שהוסדר בגידולים לסרטן הריאות. הם ניתחו נתונים גנטיים מגידולי ריאה אנושיים ורקמות רגילות סמוכות כדי ליצור רשימה של SMORFs פוטנציאליים פוטנציאליים. בקרב Smorfs Shortstop שנמצאו, אחד יצא-זה בא לידי ביטוי יותר ברקמת הגידול מאשר ברקמות רגילות, מה שמרמז שהוא עשוי לשמש כסמן ביולוגי או מיקרופרוטאין תפקודי לסרטן ריאות
הזיהוי של מיקרופרוטאין הקשור לסרטן ריאות זה מדגים את הערך של למידת קצרה ומכונה לתעדוף מועמדים למחקר עתידי והתפתחות טיפולית.
"יש כל כך הרבה נתונים שכבר קיימים שאנחנו יכולים כעת לעבד בקצרה כדי למצוא מיקרו -פרוטאינים חדשים הקשורים לבריאות ומחלות, המשתרעים מאלצהיימר להשמנה ומעבר לה", אומר סגאטליאן. "הצוות שלי ממש טוב בביצוע שיטות, ועם נתונים מפקולטה אחרת של סאלק, אנו יכולים לשלב שיטות אלה ולהאיץ את המדע."
