HighAltitudeOmicsDB, um recurso integrado para alta

Apr 03, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9307 (2023) Citar este artigo

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Milhões de pessoas em todo o mundo visitam, vivem ou trabalham no ambiente hipóxico encontrado em grandes altitudes e é importante entender as respostas biomoleculares a esse estresse. Isso ajudaria a projetar estratégias de mitigação para doenças de alta altitude. Apesar de uma série de estudos abrangendo mais de 100 anos, ainda os complexos mecanismos que controlam a aclimatação à hipóxia permanecem amplamente desconhecidos. Para identificar potenciais marcadores diagnósticos, terapêuticos e preditivos para estresse HA, é importante comparar e analisar de forma abrangente esses estudos. Com esse objetivo, o HighAltitudeOmicsDB é um recurso exclusivo que fornece uma compilação abrangente, com curadoria, fácil de usar e detalhada de vários genes/proteínas que foram validados experimentalmente para serem associados a várias condições de HA, suas interações proteína-proteína (PPIs) e semelhanças semânticas de ontologia (GO). Para cada entrada do banco de dados, o HighAltitudeOmicsDB armazena adicionalmente o nível de regulação (regulação para cima/para baixo), mudança de dobra, grupo de controle do estudo, duração e altitude de exposição, tecido de expressão, organismo de origem, nível de hipóxia, método de validação experimental, local /país de estudo, etnia, localização geográfica, etc. O banco de dados também reúne informações sobre doenças e associações medicamentosas, nível de expressão específico de tecido, associações de via GO e KEGG. O recurso da Web é uma plataforma de servidor exclusiva que oferece redes PPI interativas e matrizes de similaridade semântica GO entre os interativos. Esses recursos exclusivos ajudam a oferecer insights mecanicistas sobre a patologia da doença. Assim, HighAltitudeOmicsDB é uma plataforma única para pesquisadores que trabalham nesta área para explorar, buscar, comparar e analisar genes/proteínas associados a HA, suas redes PPI e semelhanças semânticas GO. O banco de dados está disponível em http://www.altitudeomicsdb.in.

Uma grande porcentagem da população mundial vive em áreas de alta altitude (HA) e muitos também visitam as montanhas acima de 2.500 m para atividades ao ar livre, como trekking, escalada e outros esportes de aventura. A subida rápida para grandes altitudes leva a uma diminuição instantânea da pressão barométrica. A concentração de oxigênio permanece a mesma, mas o número de moléculas de oxigênio por respiração é reduzido; por exemplo, a uma altitude de 3.600 m, a pressão barométrica diminui para 483 mmHg e < 40% das moléculas de oxigênio estão disponíveis para respirar. Como a quantidade de oxigênio necessária para a atividade é a mesma, o corpo deve se ajustar para ter menos oxigênio ou hipóxia hipobárica1 . Alguns residentes das terras baixas se ajustam à disponibilidade reduzida de oxigênio em grandes altitudes por meio de um processo conhecido como aclimatação, mas alguns sofrem de vários distúrbios, como Doença Aguda da Montanha (AMS), Edema Cerebral de Alta Altitude (HACE) e Edema Pulmonar de Alta Altitude (HAPE). etc.2,3. Portanto, pesquisas para a identificação dos sinais precoces dessas alterações fisiológicas estão ganhando força. Uma comparação recente em perfis de proteínas de low-landers com sua indução em alta altitude identificou proteínas diferencialmente expressas como proteínas séricas Irisina, Miostatina, Proteínas Precursoras Agudas (APPs), Apolipoproteína A1 etc. durante a aclimatação de HA4. Essas proteínas estão associadas a processos relacionados à energia, regeneração do músculo esquelético, respostas inflamatórias e outras respostas moleculares marcantes em grandes altitudes5,6. Doravante, essas proteínas foram propostas como biomarcadores para prever a aclimatação precoce de indivíduos em grandes altitudes. A busca por novos biomarcadores de proteínas em low landers e amostras nativas usando perfis de peptídeos tornou-se um método importante para identificar potenciais marcadores diagnósticos ou terapêuticos3,6. A identificação das proteínas diferencialmente expressas que desempenham um papel fundamental no processo de aclimatação ajudou a descobrir os mecanismos responsáveis ​​pela aclimatação em HA. Um estudo de todo o genoma descobriu proteínas plasmáticas que têm o potencial de prever a homeostase vascular durante o HAPE7. Da mesma forma, um estudo transcriptômico indicou a modulação de múltiplas vias e proteínas envolvidas na fase inicial da exposição à hipóxia hipobárica como VIM, CORO1A, CD37, STMN1 etc.8. Embora haja uma enorme literatura disponível que relatou perfis 'ômicos' de humanos e animais expostos a grandes altitudes; o verdadeiro desafio continua sendo integrar todos esses estudos para produzir uma compreensão holística dos mecanismos em evolução contínua envolvidos nas adaptações funcionais de células, tecidos e órgãos, bem como de todo o organismo no ambiente hipóxico de alta altitude. Portanto, desenvolvemos o HighAltitudeOmicsDB, onde todos esses dados dispersos são coletados, selecionados, analisados ​​e visualizados. Atualmente, o banco de dados contém ~ 1300 associações de proteínas que foram selecionadas manualmente de publicações revisadas por pares que foram experimentalmente comprovadas como reguladas pelo estresse HA. O banco de dados armazena a associação de cada proteína com HA-stress em termos de nível de regulação (up/down-regulation), mudança de dobra, o grupo de controle do estudo, duração e altitude de exposição, tecido de expressão, organismo de origem, nível de hipóxia, método de validação experimental, local/país de estudo, etnia, localização geográfica, etc. O banco de dados também fornece se a proteína foi comprovada experimentalmente como um biomarcador de HA e fornece um link para a publicação correspondente. O banco de dados também está vinculado a outros bancos de dados, como símbolo oficial de proteína, aliases de proteína, localização cromossômica, comprimento, Uniprot ID, Enzyme Commission (EC) Number, Protein Family Information (Pfam) ID, Protein DataBank (PDB) ID, The ID do banco de dados de assinatura de proteína integrativa (InterPro), banco de dados de polimorfismo de nucleotídeo único (dbSNP). A base de dados também apresenta informações funcionais da proteína como a anotação GO e associação de vias da Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG); sua associação com outras doenças e medicamentos. O banco de dados também fornece interações de rede proteína-proteína de cada proteína com seus 50 principais parceiros de interação. A rede pode ser visualizada interativamente no servidor web. Além disso, HighAltitudeOmicsDB calcula a similaridade semântica do gene com esses 50 interatores para identificar proteínas funcionalmente relacionadas. O banco de dados também armazena os fatores de transcrição que interagem com o gene e seu tipo de regulação (repressão, ativação, distal, proximal etc.). Além disso, os miRNAs que interagem com o gene também são listados. Assim, HighAltitudeOmicsDB é uma plataforma integrada única para explorar, recuperar, comparar e avaliar genes/proteínas associados ao estresse HA, suas redes PPI e similaridade semântica e regulação por fatores de transcrição e miRNAs. Isso ajudará a descobrir o crosstalk subjacente entre as proteínas que existem para se aclimatar ao HA e também fornecer insights mecanísticos nessas respostas moleculares complexas. Assim, será útil na identificação de novos e robustos candidatos a biomarcadores moleculares que possam ajudar ainda mais no desenvolvimento de novas estratégias diagnósticas, prognósticas e terapêuticas para distúrbios de alta altitude.