Βιοπληροφορική ανάλυση πρωτεϊνωματικών δεδομένων και σημάτων στόχευσης στο βακτήριο E.coli

Abstract

Cell compartmentalization serves both the isolation and the specialization of cell functions. All cells have evolved specialized folding/targeting and secretion machineries to deliver proteins to the specific locations where they perform their functions. Bacteria have evolved at least 16 currently known secretion systems. The Sec pathway is the main universal system through which the vast majority of secreted proteins gets translocated. After synthesis in the cytoplasm over a third of all proteins are targeted to other sub-cellular compartments. The complete elucidation of protein localization in sub-cellular compartments is a cornerstone for further study of any cell. The ever increasing need for proteomics analyses requires well described reference proteomes. Moreover the availability of more pure protein datasets can serve the development of more reliable bioinformatic tools.Current thesis first describes a multicombinatorial process that led to the sub-cellular organization of the complete E.coli proteome into 13 sub-cellular locations. Necessary step towards this annotation was the exhaustive manual curation. Then using the complete sub-cellular annotation a starting point: 1) novel targeting signals were identified and characterized in Sec secretory proteins and bioinformatic predictors were developed 2) computational methods were developed for the optimization of experimental approaches through the investigation of the physicochemical properties of proteins and 3) the E.coli peripheral inner membrane proteins (PIM proteins) were organized into protein-protein interaction networks and cellular functions.

Η ύπαρξη διακριτών περιοχών στο κύτταρο εξυπηρετεί την απομόνωση αλλά και την εξειδίκευση των διαφορετικών κυτταρικών λειτουργιών. Για το λόγο αυτό τα κύτταρα έχουν αναπτύξει διαφορετικούς μηχανισμούς έκκρισης και καθοδήγησης των πρωτεϊνών στα σημεία όπου πρόκειται να πραγματοποιήσουν τις λειτουργίες τους. Στα βακτήρια έχουν αναγνωριστεί τουλάχιστον 16 τέτοιοι μηχανισμοί εκ των οποίων ο μηχανισμός Sec είναι κοινός και αναγκαίος για την βιωσιμότητα του κυττάρου.Εκτιμάται ότι περίπου το ένα τρίτο των πρωτεϊνών μετά την σύνθεση τους στο κυτταρόπλασμα οδηγείται σε άλλα υποκυτταρικά διαμερίσματα ή στο εξωκυττάριο χώρο. Η γνώση της κατανομής των πρωτεϊνών μέσα στο κύτταρο αλλά και των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους αποτελεί το πρώτο βήμα για την κατανόηση του κυττάρου ως ολότητα. Συνιστά επίσης, απαραίτητη προεργασία για οποιαδήποτε πειραματική μελέτη ευρείας κλίμακας (π.χ. πρωτεομικές αναλύσεις) με μελλοντικό στόχο την in silico μοντελοποίηση και κατανόηση των κυττάρων αλλά και για την ανάπτυξη αξιόπιστων βιοπληροφορικών εργαλείων.Στη συγκεκριμένη διατριβή περιγράφεται η συνδυαστική ανάλυση που ακολουθήθηκε για την εμπεριστατωμένη ταξινόμηση του πρωτεϊνώματος του E.coli σε 13 υποκυτταρικά διαμερίσματα και η οποία βασίστηκε κυρίως σε επισταμένη βιβλιογραφική έρευνα. Στη συνέχεια έχοντας ως εφαλτήριο και ως βασικό εργαλείο την εκτεταμένη υποκυτταρική ταξινόμηση των πρωτεϊνών του E.coli: 1) αναπτύχθηκαν νέα βιοπληροφορικά εργαλεία για την ανάδειξη και τον χαρακτηρισμό άγνωστων μέχρι σήμερα σημάτων έκκρισης/στόχευσης, β) αναπτύχθηκαν μέθοδοι για την βελτίωση πειραματικών μεθοδολογιών μέσα από την διερεύνηση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των πρωτεϊνών και 3) ολοκληρώθηκε μια πρώτη χαρτογράφηση των πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων και κυτταρικών λειτουργιών στις οποίες συμμετέχουν οι περιφερικές πρωτεΐνες.