Пресс-центр / новости / Наука /

Оцифровывание работы рибосом в живых клетках

Лаборатория биоинформационных методов комбинаторной химии и биологии ИБХ РАН в сотрудничестве с коллегами из Ирландии опубликовала обзор в журнале WIRES RNA, в котором собрана информация о вычислительных методах, программном обеспечении и базах данных рибосомного профилирования, разработанных в течение последних десяти лет.

Григоров Артем

Молекулы белка выполняют много важных задач в клетках живых организмов. Белки используются как структурный материал для компонентов клетки, работают катализаторами сложных биохимических реакций, выполняют роль сигнальных молекул в коммуникациях между клетками. Таким образом, белковый состав клетки во многом определяет свойства клетки, и как следствие, физиологическое состояние всего организма.

Белки синтезируются рибосомами. Рибосомы являются макромолекулярными наномашинами, которые считывают белок-кодирующую информацию с молекул РНК, содержащие копии соответствующих участков генома клетки. Помимо рибосом в процесс белкового синтеза вовлечено множество вспомогательных РНК молекул и белков. Белковый синтез является самым энергозатратным клеточным процессом.

Десять лет назад Николас Инголия и Джонотан Вайсман из Калифорнийского Университета в Сан Франциско разработали метод «рибосомного профилирования», который способен создать мгновенный снимок расположения рибосом на всех молекулах РНК в клетке. Он основан на выделении РНК фрагментов, с которыми рибосомы связаны во время их работы. Эти фрагменты используются как «следы» рибосом, ученые называют их футпринтами (от англ. footprint). Футпринты представляют собой короткие фрагменты РНК длинной в ~20-40 нуклеотидов в зависимости от организма из которого они выделены и специфической конформации рибосом.

В результатом рибосoмного профилирования создается библиотека последовательностей нескольких сотен миллионов футпринтов, которые должны быть проанализированы с помощью вычислительных методов. Этот анализ включает в себя картирование футпринтов по последовательности генома или по последовательностям РНК молекул, а также отфильтровывание истинных футпринтов рибосом от других фрагментов РНК, например кусков РНК самой рибосомы образовавшихся в результате ее разрушения в ходе эксперимента. За этим обычно следуют разнообразные вычислительные анализы откартированных футпринтов, позволяющие получить важную информацию о белковом синтезе в клетке.

Такие анализы могут включать обнаружение новых белок кодирующих последовательностей, варианты уже известных белков, называемых протеоформами, а также информацию об относительной скорости синтеза отдельных белков. Анализ данных рибосомного профилирования позволяет получить полезную информацию о динамике белкового синтеза, например, о расположении участков РНК где движение рибосом сильно замедленно.

Лаборатория биоинформационных методов комбинаторной химии и биологии ИБХ РАН в сотрудничестве с коллегами из Ирландии недавно опубликовала обзор в журнале WIRES RNA, в котором собрана информация о вычислительных методах, программном обеспечении и базах данных рибосомного профилирования, разработанных в течение последних десяти лет со времени создания этого метода.

В обзоре разбираются необходимые шаги первоначальной обработки данных и подробно описываются возможные источники технических артефактов и способы их устранения. Отдельная секция обзора посвящена оценке технического качества экспериментальных данных.

«Качество данных рибосомного профилирования сильно варьирует между разными экспериментами и лабораториями. Но это не просто хорошие или плохие данные, некоторые наборы данных отлично подходят для одной цели, но могут быть совершенно бесполезны для другой. Поэтому крайне важно проводить детальную оценку отдельных параметров данных» - сказал профессор Баранов, осуществлявший руководство этого проекта.

Обзор также будет полезен для многих читателей как источник информации об огромном количестве программного обеспечения для специфических целей анализа данных рибосомного профилирования, таких как детектирование транслируемых Открытых Рамок Считывания, дифференциальной экспрессии генов, обнаружения участков рибосомных пауз и т.д. Исследователи могут использовать это обширное руководство для выбора программного обеспечения, наиболее соответствующего их нуждам, в зависимости от конкретных целей и предпочитаемых вычислительных платформ.

Некоторые из описанных ресурсов предоставляют онлайн доступ к общедоступным данным, например ресурсы интернет-портала RiboSeq.Org. Портал предоставляет доступ к геномному браузеру GWIPS-viz, графическому вычислительному окружению Trips-Viz, и RiboGalaxy, которая является инстанцией Galaxy специализирующейся на анализе данных рибосомного профилирования. В ближайшем будущем планируется размещение зеркал этих ресурсов на серверах ИБХ РАН.

30 декабря 2019 года