Descifrando el papel de las modificaciones post-traducionales en enfermedades genéticas humanas y desarrollo de métodos para su caracterización funcional

Abstract

Las modificaciones post-traduccionales de proteínas (PTMs) son elementos reguladores de la actividad proteica y una fuente de complejidad celular. Existen más de 200 tipos descritos en eucariotas que confieren funciones específicas. El conocimiento sobre este tipo de regulación se ha incrementado significativamente en los últimos años para algunos tipos de PTMs gracias a los nuevos avances en técnicas de espectrometría de masas. Sin embargo, el significado funcional de cada una de las PTMs reportadas por este tipo de experimentos, el catálogo de funciones de cada tipo de PTMs, y la forma de coregularse entre ellas, son temas que aún necesitan del desarrollo de nuevos recursos experimentales y bioinformáticos. El objetivo de esta tesis es contribuir a desarrollar métodos para aumentar el conocimiento de este tipo de regulación, estudiar su relación con las enfermedades genéticas y como afecta la variabilidad del genoma de diferentes poblaciones en sus funciones. En esta tesis se hipotetiza que algunas enfermedades genéticas podrían contar entre sus causas la desregulación funcional producida por las variantes genéticas al imposibilitar específicamente un tipo determinado de PTM. Hemos recopilado >320000 PTMs de 59 tipos diferentes y >4 millones variantes no sinónimas (nsSNVs) con predicciones de patogenicidad y anotación a asociación con enfermedad. Mediante un mapeo conjunto y análisis de enrequecimiento detectamos patologías cuyas variantes asociadas imposibilitaran recurrentemente un tipo específico de PTM. Proponemos el relative pathogenicity score (rps), un algoritmo para evaluar la patogenicidad de sitios modificados ante una eventual mutación en referencia a la patogenicidad basal que tiene un tipo de PTM. Reportamos >1,7 millones de co-ocurrencias de PTM-nsSNV en >16.500 proteínas y detectamos 215 asociaciones entre 18 tipos de modificaciones y 148 enfermedades genéticas. De estas, el 42% son propuestas por primera vez. De forma global, la falta de acetilación presenta el mayor efecto y tipos de PTMs poco estudiadas como la S-glutationilación o la S-nitrosilación muestran relevancia. Utilizando el rps proponemos 156 sitios de proteínas a estar asociados a una patología concreta. Por otro lado, se detectaron aquellas PTMs afectadas por nsSNVs con frecuencias alélicas >1% en alguna población humana, de 7 disponibles. Un análisis de componentes principales teniendo en cuenta las nsSNVs que cumplen estas condiciones distribuye estas poblaciones de la misma forma que todas las nsSNVs conocidas. De nuevo, tomando los tipos de PTMs como entidades funcionales, se seleccionaron aquellas proteínas con una mayor probabilidad de perder la función aportada por cada uno de los tipos de PTMs en cada una de las poblaciones. Mediante un enrequecimiento funcional de estos conjuntos de proteínas en rutas moleculares, dominios de proteínas y procesos biológicos detectamos aquellas funciones más suscetibles de verse afectadas en una población determinada por la variabilidad genética. Nuestros resultados revelan un importante impacto de la desregulación de tipos específicos de PTM en enfermedades genéticas que generan una fuente de hipótesis y recursos para el estudio de ciertas patologías. Además, se propone la integración de la variabilidad genética y la regulación proteómica para estudiar la funcionalidad de los diferentes tipos de PTMs