ПЕПТИД КЕ В ПРОТЕОМЕ ЧЕЛОВЕКА

Пептид КЕ (Lys-Glu) обладает иммуномодулирующим, геропротективным, онкостатическим действием, стимулирует функциональную активность фибробластов. КЕ — пептидный тимомиметик [1 -3,5], который присутствует в структуре лекарственного препарата тималина. На молекулярно-клеточном уровне основными иммуномодулирующими эффектами КЕ является стимуляция дифференцировки тимоцитов в Т-лимфоциты, стволовых клеток — в предшественники Т- и В-лимфоцитов, активация иммунного ответа Т-лимфоцитов и макрофагов, активация пролиферации Т-, В-лимфоцитов и макрофагов, а также снижение уровня ихапоптоза при естественном и ускоренном старении иммунной системы [4,10,12,14]. Геропротективный эффект пептида КЕ выражается в повышении доли эухроматина и длины теломер в лимфоцитах крови людей разного возраста [9], увеличении продолжительности жизни животных [8]. К онкостатическим эффектам пептида КЕ относится снижение численности клеток лимфомы и гепатомы в культуре, уменьшение экспрессии гена HER2/neu и диаметра опухолей у трансгенных мышей с аденокарциномой молочной железы [13]. Пептид КЕ способен проникать сквозь мембрану клетки в яд-ро и регулировать экспрессию генов [6,7]. КЕ регулирует синтез некоторых белков. С использованием физико-химических методов и биоинформатикисоздана модель взаимодействия этого дипептидаспромоторной зоной генов с участием водородных связей [11].

В эксперименте на растениях показано, чтопептид КЕ регулирует экспрессию генов роста, развития и дифференцировки в семействах генов CLE (CLE1-8), KNOX (KNAT1, KNAT2, KNAT3, KNAT6), LET (LET6, LET12) и GRF (GRF1-4) каллусной культуры табака Nicotiana tabacum. Гены семейства CLE (CLAVATA3/Endosperm surrounding region-related) участвуют в развитии семян, поддержании пула стволовых клеток в проростках. Гены KNOX (KNOTTED-like homeodomain) и LET кодируют факторы транскрипции, которые участвуют в дифференцировке стволовых клеток растения [6].

Аминокислотная последовательность KE обнаруживается во многих цитокинах и пептидных гормонах, таких как IL-ip, IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IFNα, спленин, спленопентин, тимозин, тимопоэтин, мотилин, паратирин, соматотропин-рилизинг-гормон. Это даёт основание предположить, что молекула KE, образующаяся при ограниченном протеолизе белков, становится регулятором функциональной активности клеток. Кроме того, пептид KЕ стимулирует экспрессию мРНК гена IL2 в лимфоцитах селезенки мышей [10]. Распределение мотива KE в белках, в том числе белках человека, до настоящего времени не изучено.

Цель данной работы — определить частоту встречаемости пептида КЕ в составляющих протеом человека белках разных функциональных групп.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Для анализа частоты встречаемости пептида KE в белках человека использовали полный протеом человека из общедоступного портала UniProt, содержащего на момент обращения 20 417 белков, из которых 16 626 имели статус “описанный” (reviewed), что означало известную локализацию и/или функцию белка. С помощью созданного нами алгоритма-сортировщика на языке программирования Python все описанные белки в соответствии с их преимущественной (отражённой в легенде к протеому) локализацией в клетке распределили по четырём группам: ядерные (nuclear, N), мембранные (membrane, M), цитоплазматические (cytoplasmic, C) и “прочие” (other, O), т.е. белки с иной локализацией: митохондриальные, экскреторные, эндоплазматического ретикулума, комплекса Гольджи и лизосомальные.

В аминокислотной последовательности белков каждой из указанных групп определяли количество вхождений мотива KE. Процедура выполнена с помощью стандартных средств языка программирования Python (метод Count, модуль Collections). Белки протеома ранжировали по количеству вхождений KE. Для детального анализа были сформированы две полярные выборки по 1000 белков в каждой: белки с наибольшим числом вхождений КЕ и рандомизированно выбранные белки, не содержащие мотива КЕ в своей структуре.

При сравнении выборок использовали t критерий Стьюдента из стандартных средств языка программирования R (https://www.r-project.org/). Статистически значимыми считали различия между группами при p<0.001.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Описанные белки протеома человека распределялись по четырём локализациям почти поровну (рис. 1). Данные о количестве мотивов КЕ в структуре описанных белков человека представлены в таблице.

В исследованном пуле из 16 626 описанных белков, содержащих в своей аминокислотной последовательности не менее одного мотива KE, частота встречаемости лизина (K) и глутамина (E) составила 0.0567 и 0.0700 соответственно. При случайном характере сочетания аминокислотных остатков частота встречаемости мотива KE в пуле белков должна равняться произведению этих двух величин, т.е. составить 0.00397 (397×10^—5). Реальная частота встречаемости KE составляла для всех этих белков в среднем 0.0049, или 490×10^—5 , т.е. была на 23.4% выше (p<0.001) случайной величины (таблица). Особенно велико указанное отличие было для белков цитоплазматических (+53.9%; p<0.001) и ядерных (+45.8%; p<0.001).

Белки, содержащие в своей структуре мотив КЕ, “тяготели” к ядру и цитоплазме и были относительно мало представлены в клеточной мембране (рис. 2). Среди белков, содержащих большое количество повторов мотива KE, преобладали цитоплазматические и ядерные, что в сумме составляло почти 3 /4 таких белков. Белки, не содержащие ни одного мотива КЕ, локализовались преимущественно в клеточных мембранах или прочих клеточных структурах (более 2/3, описанных белков) (рис. 2).

Полученные нами данные указывают на высокую вероятность участия пептида КЕ в происходящих в ядре и цитоплазме клетки процессах транскрипции и трансляции. Богатые мотивами КЕ цитоплазматические и ядерные белки после частичного протеолиза становятся источниками молекул КЕ — регуляторов экспрессии генов [15], продукты которых определяют скорость пролиферации идифференцировки, поддерживают функциональную активность иммунных клеток и фибробластов.

В целом полученные данные подтверждают роль коротких пептидов в контроле транскрипции.Чем выше содержание мотива в структуре белка,тем больше вероятность образования соответствующего пептида при частичном протеолизе белковой молекулы и тем выше вероятность его воздействия на процессы транскрипции. Часто повторяющиеся мотивы КЕ в составе белков —богатый источник молекул пептида КЕ, способного связываться с ДНК и регулировать экспрессию генов дифференцировки и функциональной активности клеток.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кузник Б.И., Хавинсон В.Х., Линькова Н.С., Рыжак ГА.,Салль Т.С., Трофимова С.В. Факторы роста фибро-бластов ЕСЕ19, ЕСЕ21, ЕСЕ23 как эндокринные регуляторы физиологических функций и геропротекторы. Эпигенетические механизмы регуляции// Успехи соврем. биол. 2017. Т. 137, № 1. С. 84-99.

2. Кузник Б.И., Хавинсон В.Х., Тарновская С.И., Линькова Н.С., Козина Л.С., Дьяконов М.М. Адгезивная молекула JАМ-А и молекулярные механизмы возрастной патологии: обзор литературы и собственных данных // Успехи геронтол. 2015. Т. 28, № 4.С. 656-668.

3. Линькова Н.С., Полякова В.О., Трофимов А.В., Кветной И.М., Хавинсон В.Х. Пептидергическая регуляция дифференцировки, пролиферации и апоптоз атимоцитов при старении вилочковой железы //Бюл. экспер. биол. 2011. Т. 151, № 2. С. 203-206.

4. Райхлин НЛТ., Букаева И.А., Смирнова Е.А., Ярилин А.А.,Шарова Н.И., Митнена М.М., Хавинсон В.Х., Полякова В.О., Трофимов А.В., Кветной И.М. Экспрессия аргирофильных белков областей ядрышковых организаторов в тимоцитах и эпителиальных клетках тимуса человека в условиях совместного культивирования при действии пептидов вилона и эпиталона // Бюл. экспер. биол. 2004. Т. 137, № 6.С. 667-670. 572

5. Севостьянова Н.Н., Линькова Н.С., Полякова В.О.,Червякова Н.А., Костылев А.В., Дурнова А.О., Квет-ной И.М., Абдулрагимов Р.И., Хавинсон В.Х. Иммуномодулирующее действие вилона и его аналога в культурах клеток тимуса человека и животных//Клет. технол. в биол. и мед. 2012. №4. С. 220-223.

6. Федореева Л.И., Диловарова Т.А., Ашапкин В.В.,Мартиросян Ю.Ц., Хавинсон В.Х., Харченко П.Н., Ванюшин Б.Ф. Короткие экзогенные пептиды регулируют экспрессию генов семейств CLE, KNOX1 и GRF// Биохимия. 2017. Т. 82, № 4. С. 700-709.

7. Федореева Л.И., Киреев И.И., Хавинсон В.Х., Ваню-шин Б.Ф. Проникновение коротких флуоресцентно-меченных пептидов в ядро в клетках HeLa и специфическое взаимодействие пептидов с дезоксирибоолигонуклеотидами и ДНК in vitro //Биохимия. 2011. Т. 76, № 11. С. 1505-1516.

8. Хавинсон В.Х., Анисимов В.Н., Заварзина Н.Ю., Забежинский М.А., Зимина О.А., Попович И.Г., Штылик А.В., Малинин В.В., Морозов В.Г. Влияние вилона на показатели биологического возраста и продолжительность жизни мышей // Бюл. экспер.биол. 2000. Т. 130, № 7. С. 88-91.

9. Хавинсон В.Х., Лежава Т.А., Малинин В.В. Влияние коротких пептидов на хроматин в лимфоцитах лиц старческого возраста // Бюл. экспер. биол. 2004.Т. 137, № 1. С. 89-93.

10. Хавинсон В.Х., Морозов В.Г., Малинин В.В., Казако-ва Т.Б., Корнева Е.А. Влияние пептида Lys/Glu наэкспрессию гена интерлейкина-2 в лимфоцитах //Бюл. экспер. биол. 2000. Т. 130, № 9. С. 330-332.

11. Хавинсон В.Х., Тарновская С.И., Линькова Н.С., Про-няева В.Е., Шатаева Л.К., Якуцени П.П. Короткиепептиды, проникающие в клетку: модель взаимо-действия с промоторными участками генов //Бюл. экспер. биол. 2012. Т. 154, № 9. С. 391-396.

12. Щербак В.А., Патеюк А.В. Влияние вилона на им-мунный ответ при остром иммобилизационномстрессе у крыс // Сиб. мед. журн. 2004 .Т. 44, № 3.С. 26-29.

13. Anisimov V.N., Khavinson V.Kh. Peptide bioregulation of aging: results and prospects // Biogerontology. 2010. Vol. 11, N 2. P. 139/149.

14. Caputi S., Trubiani O., Sinjari B., Trofimova S., Diomede F., Linkova N., Diatlova A., Khavinson V. Effect of short peptides on neuronal differentiation of stem cells // Int. J. Immunopathol. Pharmacol. 2019. Vol. 33. doi: 10.1177/2058738419828613

15. Khavinson V.Kh., Malinin V.V. Gerontological aspects of genome peptide regulation. Basel, 2005

ПЕПТИД КЕ В ПРОТЕОМЕ ЧЕЛОВЕКА