Создание биоинформационной матрицы молекулярных маркеров для прогнозирования риск-ассоциированных нарушений здоровья

Создание биоинформационной матрицы молекулярных маркеров для прогнозирования риск-ассоциированных нарушений здоровья

Автор: Землянова Марина Александровна, Зайцева Нина Владимировна, Кольдибекова Юлия Вячеславовна, Пескова Екатерина Владимировна, Булатова Наталья Ивановна

Журнал: Анализ риска здоровью @journal-fcrisk

Рубрика: Медико-биологические аспекты оценки воздействия факторов риска

Статья в выпуске: 2 (38), 2022 года.

Бесплатный доступ

Одним из приоритетных факторов, формирующих медико-демографические потери, является долговременное непрерывное загрязнение атмосферного воздуха селитебных территорий химическими компонентами. Актуальным является повышение точности прогнозных оценок риска изменений гомеостаза на ранних обратимых стадиях (молекулярный уровень), которые с достаточно высокой степенью вероятности могут трансформироваться в патологические процессы в зрелом возрасте при сохраняющихся условиях экспозиции. Исследование ставило целью создание биоинформационной матрицы молекулярных маркеров для прогнозирования риск-ассоциированных нарушений здоровья (на примере маркера экспозиции). Предложен поэтапный алгоритм исследований, включающий применение протеомной технологии для выделения экспрессированных белков, выявление: причинно-следственных связей белков с факторами; молекулярно-клеточных и функциональных взаимоотношений в системе «фактор экспозиции - ген - белок - негативный исход» для прогнозирования риск-ассоциированных нарушений здоровья. Реализация алгоритма выполнена на примере исследования белкового профиля плазмы детей в возрасте 3-6 лет, подвергающихся длительной аэрогенной экспозиции фторсодержащих соединений. Показано изменение белковой композиции плазмы крови экспонированных детей относительно неэкспонированных по 27 идентифицированным белкам. На примере белка катепсина L1, с изменением уровня которого установлена причинно-следственная связь концентрации фторид-иона в моче, построена биоинформационная матрица. Качественный синтез молекулярно-клеточной локализации, функциональной и тканевой принадлежности показал, что экспрессия катепсина L1, обусловленная повышенным содержанием фторид-иона в моче, может инициировать нарушение ремоделирования внеклеточного матрикса, деградацию и посттрансляционную модификацию белков в клетках легких, толстого кишечника, поджелудочной железы, в кардиомиоцитах, подоцитах почечных клубочков, опосредует процессинг расщепления субъединицы спайкового белка S1 SARS-CoV-2, необходимого для проникновения в клетку и репликации вируса. Созданная биоинформационная матрица на примере белка катепсина L1, позволила спрогнозировать развитие риск-ассоциированных негативных эффектов у экспонированных лиц в виде кардиомиопатии, колита, гломерулонефрита, сахарного диабета, атеросклероза, коронавирусной инфекции. Полученные прогнозные оценки позволяют повышать эффективность раннего выявления и разработки профилактических превентивных мер, направленных на минимизацию негативных последствий.

Еще

Протеомный профиль, детское население, клеточно-молекулярная и тканевая принадлежность, молекулярные маркеры, экспрессия гена, негативные эффекты, фторид-ион в моче, катепсин l1, биоинформационные ресурсы

Короткий адрес: https://sciup.org/142235265

IDR: 142235265   |   DOI: 10.21668/health.risk/2022.2.16

Список литературы Создание биоинформационной матрицы молекулярных маркеров для прогнозирования риск-ассоциированных нарушений здоровья

  • План действий по профилактике и борьбе с неинфекционными заболеваниями в Европейском регионе ВОЗ [Электронный ресурс] // ВОЗ. - 2017. - URL: https://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0019/346330/NCD-ActionPlan-RU.pdf (дата обращения: 02.03.2022).
  • Биомониторинг человека: факты и цифры [Электронный ресурс]. - Копенгаген: Европейское региональное бюро ВОЗ, 2015. - URL: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/164589/WHO-EURO-2015-3209-42967-60041-rus.pdf?sequence=3&isAllowed=y (дата обращения: 02.03.2022).
  • Мирошниченко И.И., Птицина С.Н. Биомаркеры в современной медико-биологической практике // Биомедицинская химия. - 2009. - Т. 55, № 4. - С. 425-440.
  • Anderson N.L., Anderson N.G. The human plasma proteome: history, character, and diagnostic prospects // Mol. Cell. Proteomics. - 2002. - Vol. 1, № 11. - P. 845-867. DOI: 10.1074/mcp.r200007-mcp200
  • Baer B., Millar A.H. Proteomics in evolutionary ecology // J. Proteomics. - 2016. - Vol. 135. - P. 4-11. DOI: 10.1016/jjprot.2015.09.031
  • Dynamic Proteomics: a database for dynamics and localizations of endogenous fuorescently-tagged proteins in living human cells / M. Frenkel-Morgenstern, A.A. Cohen, N. Geva-Zatorsky, E. Eden, J. Prilusky, I. Issaeva, A. Sigal, C. Cohen-Saidon [et al.] // Nucleic Acids Res. - 2010. - Vol. 38, Suppl. 1. - P. D508-D512. DOI: 10.1093/nar/gkp808
  • Mi H., Muruganujan A., Thomas P.D. PANTHER in 2013: modeling the evolution of gene function, and other gene attributes, in the context of phylogenetic trees // Nucleic Acids Res. - 2003. - Vol. 41. - P. D377-D386. DOI: 10.1093/nar/gks1118
  • Bioinformatic-driven search for metabolic biomarkers in disease / C. Baumgartner, M. Osl, M. Netzer, D. Baumgartner // J. Clin. Bioinforma. - 2011. - Vol. 1, № 1. - P. 2. DOI: 10.1186/2043-9113-1-2
  • TISSUES 2.0: an integrative web resource on mammalian tissue expression / O. Palasca, A. Santos, C. Stolte, J. Gorodkin, L.J. Jensen // Database. - 2018. - Vol. 2018. - P. 1-12. DOI: 10.1093/database/bay003
  • Large-scale gene function analysis with the PANTHER classification system / H. Mi, A. Muruganujan, J.T. Casagrande, P.D. Thomas // Nat. Protoc. - 2013. - Vol. 8, № 8. - P. 1551-1566. DOI: 10.1038/nprot.2013.092
  • Alterations in epididymal proteomics and antioxidant activity of mice exposed to fluoride / Z. Sun, S. Li, Y. Yu, H. Chen, M.M. Ommati, R.K. Manthari, R. Niu, J. Wang // Arch. Toxicol. - 2018. - Vol. 92, № 1. - Р. 169-180. DOI: 10.1007/s00204-017-2054-2
  • Differential expression of cysteine and aspartic proteases during progression of atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice / S. Jormsjo, D.M. Wuttge, A. Sirsjo, C. Whatling, A. Hamsten, S. Stemme, P. Eriksson // Am. J. Pathol. -2002. - Vol. 161, № 3. - Р. 939-945. DOI: 10.1016/S0002-9440(10)64254-X
  • Lysosomal cysteine peptidase cathepsin L protects against cardiac hypertrophy through blocking AKT/GSK3P signaling / Q. Tang, J. Cai, D. Shen, Z. Bian, L. Yan, Y.-X. Wang, J. Lan, G.-Q. Zhuang [et al.] // J. Mol. Med. (Berl.). - 2008. -Vol. 87, № 3. - P. 249-260. DOI: 10.1007/s00109-008-0423-2
  • Roles for cathepsins S, L, and B in insulitis and diabetes in the NOD mouse / L.C. Hsing, E.A. Kirk, T.S. McMillen, S.-H. Hsiao, M. Caldwell, B. Houston, A.Y. Rudensky, R.C. LeBoeuf // J. Autoimmun. - 2010. - Vol. 34, № 2. - Р. 96-104. DOI: 10.1016/jjaut.2009.07.003
  • Podocyte migration during nephrotic syndrome requires a coordinated interplay between cathepsin L and alpha3 in-tegrin / J. Reiser, J. Oh, I. Shirato, K. Asanuma, A. Hug, T.M. Mundel, K. Honey, K. Ishidoh [et al.] // J. Biol. Chem. - 2004. -Vol. 279, № 33. - Р. 34827-34832. DOI: 10.1074/jbc.m401973200
  • Angiotensin II type-2-receptor stimulation ameliorates focal and segmental glomerulosclerosis in mice / M.C. Liao, K.N. Miyata, S.Y. Chang, X.P. Zhao, C.S. Lo, M.A. El-Mortada, J. Peng, I. Chenier [et al.] // Clin. Sci. (Lond.). - 2022. -Vol. 136, № 10. - Р. 715-731. DOI: 10.1042/CS20220188
  • Cathepsin S is activated during colitis and causes visceral hyperalgesia by a PAR2-dependent mechanism in mice / F. Cattaruzza, V. Lyo, E. Jones, D. Pham, J. Hawkins, K. Kirkwood, E. Valdez-Morales, C.H. Ibeakanma [et al.] // Gastroenterology. - 2011. - Vol. 141, № 5. - Р. 1864-1874.e1-3. DOI: 10.1053/j.gastro.2011.07.035
  • Glycopeptide Antibiotics Potently Inhibit Cathepsin L in the Late Endosome/Lysosome and Block the Entry of Ebola Virus, Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV), and Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus (SARS-CoV) / N. Zhou, T. Pan, J. Zhang, Q. Li, X. Zhang, C. Bai, F. Huang, T. Peng [et al.] // J. Biol. Chem. - 2016. -Vol. 291, № 17. - P. 9218-9232. DOI: 10.1074/jbc.M116.716100
  • Transcriptomic characteristics of bronchoalveolar lavage fluid and peripheral blood mononuclear cells in COVID-19 patients / Y. Xiong, Y. Liu, L. Cao, D. Wang, M. Guo, A. Jiang, D. Guo, W. Hu [et al.] // Emerg. Microbes Infect. - 2020. -Vol. 9, № 1. - P. 761-770. DOI: 10.1080/22221751.2020.1747363
  • Novel inhibitors of severe acute respiratory syndrome coronavirus entry that act by three distinct mechanisms / A.O. Adedeji, W. Severson, C. Jonsson, K. Singh, S.R. Weiss, S.G. Sarafianos // J. Virol. - 2013. - Vol. 87, № 14. - Р. 8017-8028. DOI: 10.1128/JVI.00998-13
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp