HighAltitudeOmicsDB, una risorsa integrata per l'alta

Apr 03, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9307 (2023) Citare questo articolo

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Milioni di persone in tutto il mondo visitano, vivono o lavorano nell’ambiente ipossico incontrato ad alta quota ed è importante comprendere le risposte biomolecolari a questo stress. Ciò aiuterebbe a progettare strategie di mitigazione per le malattie legate all’alta quota. Nonostante numerosi studi che abbracciano oltre 100 anni, i complessi meccanismi che controllano l’acclimatazione all’ipossia rimangono ancora in gran parte sconosciuti. Per identificare potenziali marcatori diagnostici, terapeutici e predittivi dello stress da HA, è importante confrontare e analizzare in modo completo questi studi. Verso questo obiettivo, HighAltitudeOmicsDB è una risorsa unica che fornisce una raccolta completa, curata, facile da usare e dettagliata di vari geni/proteine ​​che sono stati validati sperimentalmente per essere associati a varie condizioni di HA, alle loro interazioni proteina-proteina (PPI) e geni somiglianze semantiche dell'ontologia (GO). Per ogni voce del database, HighAltitudeOmicsDB memorizza inoltre il livello di regolazione (up/down-regulation), variazione di piega, gruppo di controllo dello studio, durata e altitudine di esposizione, tessuto di espressione, organismo di origine, livello di ipossia, metodo di validazione sperimentale, luogo /paese di studio, etnia, posizione geografica, ecc. Il database raccoglie anche informazioni su associazioni di malattie e farmaci, livello di espressione tessuto-specifico, associazioni dei percorsi GO e KEGG. La risorsa web è una piattaforma server unica che offre reti PPI interattive e matrici di somiglianza semantica GO tra gli interagitori. Queste caratteristiche uniche aiutano a offrire approfondimenti meccanicistici sulla patologia della malattia. Pertanto, HighAltitudeOmicsDB è una piattaforma unica per i ricercatori che lavorano in quest'area per esplorare, recuperare, confrontare e analizzare i geni/proteine ​​associati all'HA, le loro reti PPI e le somiglianze semantiche GO. Il database è disponibile all'indirizzo http://www.altitudeomicsdb.in.

Una grande percentuale della popolazione mondiale vive in aree ad alta quota (HA) e molti visitano anche le montagne sopra i 2500 m per attività all'aperto come trekking, arrampicata e altri sport avventurosi. La rapida ascesa in alta quota porta ad una diminuzione istantanea della pressione barometrica. La concentrazione di ossigeno rimane la stessa ma il numero di molecole di ossigeno per respiro è ridotto; ad esempio, a un'altitudine di 3600 m, la pressione barometrica diminuisce a 483 mmHg e < 40% delle molecole di ossigeno sono disponibili per respirare. Poiché la quantità di ossigeno richiesta per l'attività è la stessa, il corpo deve adattarsi ad avere meno ossigeno o ipossia ipobarica1 . Alcuni residenti delle pianure si adattano alla ridotta disponibilità di ossigeno in alta quota attraverso un processo noto come acclimatazione, ma alcuni soffrono di vari disturbi come il mal di montagna acuto (AMS), l'edema cerebrale ad alta quota (HACE) e l'edema polmonare ad alta quota (HAPE). ecc.2,3. Pertanto la ricerca per l'identificazione dei primi segni di queste alterazioni fisiologiche sta guadagnando slancio. Un recente confronto tra i profili proteici dei lander a bassa quota con la loro induzione ad alta quota ha identificato proteine ​​differenzialmente espresse come le proteine ​​sieriche Irisina, Miostatina, Proteine ​​Precursori Acute (APP), Apolipoproteina A1 ecc. durante l'acclimatazione dell'HA4. Queste proteine ​​sono associate a processi legati all'energia, alla rigenerazione dei muscoli scheletrici, alle risposte infiammatorie e ad altre risposte molecolari caratteristiche in alta quota5,6. D'ora in poi queste proteine ​​furono proposte come biomarcatori per prevedere l'acclimatazione precoce degli individui ad alta quota. La ricerca di nuovi biomarcatori proteici nei lander bassi e nei campioni nativi utilizzando la profilazione peptidica è diventata un metodo importante per identificare potenziali marcatori diagnostici o terapeutici3,6. L'identificazione delle proteine ​​differenzialmente espresse che svolgono un ruolo chiave nel processo di acclimatazione ha contribuito a scoprire i meccanismi responsabili dell'acclimatazione nell'HA. Uno studio sull'intero genoma ha scoperto proteine ​​plasmatiche che hanno il potenziale di predire l'omeostasi vascolare durante HAPE7. Allo stesso modo, uno studio trascrittomico ha indicato la modulazione di molteplici percorsi e proteine ​​coinvolte nella fase iniziale dell'esposizione all'ipossia ipobarica come VIM, CORO1A, CD37, STMN1 ecc.8. Sebbene sia disponibile un'enorme letteratura che ha riportato profili "omici" di esseri umani e animali esposti all'alta quota; la vera sfida resta quella di integrare tutti questi studi per produrre una comprensione olistica dei meccanismi in continua evoluzione coinvolti negli adattamenti funzionali di cellule, tessuti e organi, nonché dell’intero organismo nell’ambiente ipossico di alta quota. Pertanto, abbiamo sviluppato HighAltitudeOmicsDB in cui tutti questi dati sparsi vengono raccolti, curati, analizzati e visualizzati. Il database attualmente contiene circa 1300 associazioni di proteine ​​che sono state curate manualmente da pubblicazioni sottoposte a revisione paritaria che hanno dimostrato sperimentalmente di essere regolate dallo stress HA. Il database memorizza l'associazione di ciascuna proteina con lo stress HA in termini di livello di regolazione (up/down-regulation), cambiamento di piega, gruppo di controllo dello studio, durata e altitudine di esposizione, tessuto di espressione, organismo di origine, livello di ipossia, metodo di validazione sperimentale, luogo/paese di studio, etnia, posizione geografica, ecc. Il database fornisce inoltre se è stato dimostrato sperimentalmente che la proteina è associata come biomarcatore HA e fornisce un collegamento alla pubblicazione corrispondente. Il database è anche collegato in modo incrociato ad altri database come il simbolo ufficiale delle proteine, gli alias delle proteine, la posizione cromosomica, la lunghezza, l'ID Uniprot, il numero della Commissione degli enzimi (CE), l'ID delle informazioni sulla famiglia delle proteine ​​(Pfam), l'ID della banca dati delle proteine ​​(PDB), ID del database delle firme proteiche integrative (InterPro), ID del database dei polimorfismi a singolo nucleotide (dbSNP). Il database presenta anche informazioni funzionali sulle proteine ​​come l'annotazione GO e l'associazione dei percorsi dell'Enciclopedia dei geni e dei genomi di Kyoto (KEGG); la loro associazione con altre malattie e farmaci. Il database fornisce inoltre le interazioni della rete proteina-proteina di ciascuna proteina con i suoi 50 principali partner interagenti. La rete può essere visualizzata in modo interattivo sul webserver. Inoltre, HighAltitudeOmicsDB calcola la somiglianza semantica dei geni con questi 50 interattori per identificare le proteine ​​funzionalmente correlate. Il database memorizza inoltre i fattori di trascrizione che interagiscono con il gene e il loro tipo di regolazione (repressione, attivazione, distale, prossimale ecc.). Inoltre, vengono elencati anche i miRNA che interagiscono con il gene. Pertanto, HighAltitudeOmicsDB è una piattaforma integrata unica per esplorare, recuperare, confrontare e valutare geni/proteine ​​associate allo stress HA, le loro reti PPI e la somiglianza semantica e la regolazione da parte di fattori di trascrizione e miRNA. Ciò aiuterà a scoprire la diafonia sottostante tra le proteine ​​che esiste per acclimatarsi all’HA e fornirà anche approfondimenti meccanicistici in queste complesse risposte molecolari. Sarà quindi utile identificare candidati biomarcatori molecolari nuovi e robusti che possano ulteriormente aiutare nello sviluppo di nuove strategie diagnostiche, prognostiche e terapeutiche per i disturbi dell'alta quota.