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Distinct protein classes in human red cell proteome revealed by similarity of phylogenetic profiles.

異なったタンパク質は、系統発生プロフィールの類似性によって現されるヒト赤血球プロテオームで属する。

Published date

2013-01-21

Author

Paweł Szczesny, Agnieszka Mykowiecka, Krzysztof Pawłowski, Marcin Grynberg

Affiliation

Institute of Biochemistry and Biophysics, Polish Academy of Sciences, Warsaw, Poland.

Abstract

The minimal set of proteins necessary to maintain a vertebrate cell forms an interesting core of cellular machinery. The known proteome of human red blood cell consists of about 1400 proteins. We treated this protein complement of one of the simplest human cells as a model and asked the questions on its function and origins. The proteome was mapped onto phylogenetic profiles, i.e. vectors of species possessing homologues of human proteins. A novel clustering approach was devised, utilising similarity in the phylogenetic spread of homologues as distance measure. The clustering based on phylogenetic profiles yielded several distinct protein classes differing in phylogenetic taxonomic spread, presumed evolutionary history and functional properties. Notably, small clusters of proteins common to vertebrates or Metazoa and other multicellular eukaryotes involve biological functions specific to multicellular organisms, such as apoptosis or cell-cell signaling, respectively. Also, a eukaryote-specific cluster is identified, featuring GTP-ase signalling and ubiquitination. Another cluster, made up of proteins found in most organisms, including bacteria and archaea, involves basic molecular functions such as oxidation-reduction and glycolysis. Approximately one third of erythrocyte proteins do not fall in any of the clusters, reflecting the complexity of protein evolution in comparison to our simple model. Basically, the clustering obtained divides the proteome into old and new parts, the former originating from bacterial ancestors, the latter from inventions within multicellular eukaryotes. Thus, the model human cell proteome appears to be made up of protein sets distinct in their history and biological roles. The current work shows that phylogenetic profiles concept allows protein clustering in a way relevant both to biological function and evolutionary history.

 

脊椎動物の細胞が細胞機械の興味深い中心を形成すると主張するのに必要なタンパク質の最小のセット。
ヒトの赤血球の既知のプロテオームは、約1400のタンパク質から成る。
我々はモデルとして最も単純なヒトの細胞の1つをこのタンパク質補うものを扱って、その機能と起源についての質問をした。
プロテオームは、系統発生プロフィール(すなわちヒト・タンパク質の相同物を所有している種の媒体動物)にマップされた。
新しい集積性アプローチは考案された。
そして、距離手段として相同物の系統発生伝播で類似性を利用した。
系統発生プロフィールに基づく菌株群作製は、系統発生分類学の広がり、推定された進化の既往歴と機能的な特性において異なっているいくつかの異なったタンパク質種類を産生した。
特に、脊椎動物または後生動物と他の多細胞の真核細胞に共通のタンパク質の小さいクラスタは、多細胞生物(例えばアポプトーシスまたは細胞細胞シグナリングそれぞれ)に特有の生物学的機能を含む。
また、真核細胞に特有の集団は特定される。
そして、GTP加水分解酵素信号とユビキチン結合を特徴とする。
もう一つの集団(大部分の生物で見つかるタンパク質から成り立つ)は、細菌とアルケーを含んで、基本的な分子機能(例えば酸化還元と解糖)を含む。
赤血球タンパク質の約3分の1は集団のいずれにも落ちない。
そして、我々の単純なモデルに割にタンパク質進化論の複雑さを反映する。
基本的に、採取される菌株群作製はプロテオームを新旧のパーツに分ける。
そして、前者が細菌祖先(多細胞の真核細胞の範囲内の発明からの後者)から生じる。
このように、典型的なヒト細胞プロテオームは、タンパク質から成り立つことがそれらの既往歴と生物学的役割で明瞭に固まるようである。
現在の効果は、系統発生プロフィール概念が生物学的機能と進化の既往歴に関連する方向でタンパク質菌株群作製を許すことを示す。


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