Биоинформатический анализ миссенс-мутации 1595C>G (Ser447Stop) гена липопротеинлипазы (LPL)

Введение. Липиды попадают в организм, главным образом, в форме триглицеридов жирных кислот. В кишечнике под действием ферментов поджелудочной железы они подвергаются гидролизу, продукты которого всасываются клетками стенки кишечника. Здесь из них вновь синтезируются нейтральные жиры, которые через лимфатическую систему поступают в кровь и либо транспортируются в печень, либо отлагаются в жировой ткани [1, 150с]. В контроль и реализацию процесса метаболизма липидов вовлечено большое число генов и их продуктов. В нашем исследовании была изучена миссенс-мутация гена липопротеинпипазы.

В нарушении липидного обмена важную роль играет липопротеинлипаза (LPL) – многофункциональный белок и ключевой фермент метаболизма липидов. Она является основным компонентом триглицерид-насыщенных хиломикронов и липопротеинов очень низкой плотности и играет важную роль в формировании липопротеинов высокой плотности. ЛПЛ регулирует уровень липидов в крови, что определяет её важное значение в атеросклерозе. Международный код полиморфизма: rs328[2, 2с].

Целью является построение модельной структуры белкового продукта LPL и проведение сравнительного анализа его физико-химических свойств для дальнейшего использования в диссертации.

Изучение молекулярных механизмов действия белков и использование этого знания для направленного дизайна их свойств остается важнейшей задачей современной биоинформатики. В связи с этим актуальным представляется поиск и изучение таких миссенс-мутаций, изменчивость которых приводит к изменению их функциональных характеристик – другими словами, аминокислотных позиций, которые в следствие будут различаться своими физико-химическими и не только свойствами.

Материалы и методы. Биоинформатический анализ нуклеотидных последовательностей полиморфных локусов проводили с применением базы данных GeneBank . Нуклеотидные и аминокислотные последовательности анализировали в двух вариантах: для мутантных и нормальных аллелей изученных генов. Информацию об аминокислотной последовательности белка, а также структурных и функциональных доменах, входящих в его состав, получали из базы данных UniProt . Оценку физико-химических свойств белковых структур проводили в программе ProtParam . Критериями изменения физико-химических свойств белков считали изменение молекулярной массы, изоэлектрической точки, алифатического индекса, являющегося одним из показателей термостабильности, и индекса нестабильности белка, оценивающего стабильность белка in vitro, который у стабильных белков не должен превышать 40[4, 23с]. При поиске гомологов доменов белков, затронутых мутацией, использовали BLAST-поиск по базе данных Protein Data Bank, с алгоритмом PSI-BLAST (матрица BLOSUM62), реализованным в базе данных GeneBank.

Для моделирования пространственных структур изучаемых доменов белковых продуктов гена LPL брали аминокислотные последовательности белковых структур канонических изоформ белка (P48357-1), депонированных в базе данных UniProt.

Для анализируемых доменов рассматриваемого белка в базе данных Protein Data Bank была найдена кристаллизованная белковая структура, пригодные в качестве шаблонов при моделировании. Для LPL – 2PPL_A. Цепь А этой структуры обладает гомологией 38 % с анализируемым нами доменом, что выше порогового значения в 30 % и позволяет достоверно судить о действии рассматриваемой мутации на белковый домен.

Для изучения физико-химических свойств белка использовали программу «ProtParam» и рассматривали такие параметры, как молекулярная масса, изоэлектрическая точка, устойчивость белка при нормальных условиях и индекс термостатирования.

Было установлено, что мутация ведет к увеличению молекулярной массы, к уменьшению изолектрической точки и устойчивости белка при нормальных условиях. Неизменным остается индекс термостатистирования.

Для мутации нами было проведено пространственное моделирование белков, содержащих их. Поиск белковых структур-шаблонов для моделирования проводили при помощи программы «Protein-Blast» : Далее в программе «MMM Server» проводили моделирование участков белков (приблизительно в 51 АК, 26 АК -целевая), содержащих рассматриваемые аминокислоты, подвергшиеся замене. На рис 1. показаны пространственные структуры нормального и мутантного белков.

Б

Рис 1. Пространственная структура нормального(А) и мутантного (Б) белкового продукта липопротеинлипазы

Таким образом, полученные данные позволили установить, что мутантные аллели гена LPL ведут к конформационным изменениям доменов белков за счет замены аминокислоты на стоп-кодон, что изменяет их физикохимические свойства. Мутантный аллель гена LPL*S меняет аминокислоту 447 с серина на стоп-кодон, что увеличивает молекулярную массу белка и изменяет его электростатические свойства. Объем экстрацеллюлярного домена белка, затронутого мутацией, увеличивается, при одновременном увеличении его доступной площади, что, возможно, способно оказывать некоторое влияние на рецепцию липопротеинов.