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Bild: Eine neue Bioinformatik-Pipeline hilft, den Mechanismus zu untersuchen, der der Entstehung von Autoimmunerkrankungen nach einer SARS-CoV-2-Infektion zugrunde liegt
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Bildnachweis: Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)

Das SARS-CoV-2 oder das neuartige Coronavirus hat weltweit mehr als 500 Millionen Menschen betroffen. Abgesehen von den mit einer COVID-19-Infektion verbundenen Symptomen wurde kürzlich berichtet, dass das Virus bei Patienten auch zu einer späteren Entwicklung von Autoimmunerkrankungen führt.

Autoimmunerkrankungen wie rheumatoide Arthritis, Lupus oder multiinflammatorische Syndrome entstehen, wenn das Immunsystem gesunde Zellen mit Krankheitserregern verwechselt und sie angreift. Aber der genaue Mechanismus, der dem zugrunde liegt Verletzung der Selbsttoleranz“ ist unbekannt. Einer der möglichen beteiligten Mechanismen ist das, was genannt wird Molekulare Mimikry“, bei der eine Autoimmunreaktion ausgelöst wird, wenn ein T-Zell-Rezeptor oder ein von einer B-Zelle produzierter Antikörper, der gegen ein bestimmtes Antigen (Fremdkörper) gerichtet ist, an ein Autoantigen bindet, das ein körpereigenes Antigen ist. Dies geschieht aufgrund einer molekularen oder strukturellen Ähnlichkeit zwischen den Epitope“ (der Teil des Antigens, der an den Antikörper gebunden ist) der Antigene. Eine umfassende Untersuchung der Rolle der molekularen Mimikry bei der Entstehung solcher Autoimmunerkrankungen wurde jedoch aufgrund der Komplexität der Epitopsuche und des Fehlens standardisierter Werkzeuge noch nicht durchgeführt.

Zu diesem Zweck hat ein Forscherteam des Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) unter der Leitung von Prof. Jihwan Park eine neue Bioinformatik-Pipeline entwickelt. Ihr neues Tool namens Cross-Reactive-Epitope-Search-Using-Structural-Properties-of-Proteins (CRESSP) wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Briefings in Bioinformatik. Frühere Studien zur molekularen Mimikry verwendeten unterschiedliche Bioinformatik-Pipelines, die oft komplexe Algorithmen beinhalteten und nicht auf Proteomskalen skalierbar waren. Vor diesem Hintergrund haben wir eine leicht zugängliche und skalierbare Pipeline entwickelt“, erklärt Prof. Park.Es nutzt die strukturellen Eigenschaften von Proteinen, um Epitop-Ähnlichkeiten zwischen zwei interessierenden Proteinen, wie z. B. menschlichen und SARS-CoV-2-Proteinen, zu identifizieren.“

Mithilfe von CRESSP durchmusterte das Team 4.911.245 Proteine ​​aus 196.352 SARS-CoV-2-Genomen, die aus einer frei zugänglichen Datenbank stammen. Die Pipeline grenzte 133 kreuzreaktive B-Zell- und 648 CD8+-T-Zell-Epitope ein, die für COVID-bedingte Autoimmunerkrankungen verantwortlich sein könnten. Es identifizierte ferner ein Proteinziel, PARP14, als potenziellen Initiator der Epitopausbreitung zwischen dem COVID-19-Virus und menschlichen Lungenproteinen.

Die Pipeline sagte auch die kreuzreaktiven Epitope verschiedener Coronavirus-Spike-Proteine ​​voraus. Darüber hinaus entwickelte das Team eine interaktive Webanwendung, um eine interaktive Visualisierung der molekularen Mimikry-Karte von SARS-CoV-2 zu ermöglichen. Die Pipeline ist auch als Open-Source-Paket verfügbar.

Das Team hofft, dass ihr neues Tool den Vergleich zwischen Studien erleichtern und einen robusten Rahmen für weitere Untersuchungen zu molekularer Mimikry und Autoimmunerkrankungen bieten wird. Obwohl Autoimmunerkrankungen weniger als 10 % der Bevölkerung betreffen, ist ihre Untersuchung wichtig, da sie die Lebensqualität stark beeinträchtigt. Unser neues Tool kann verwendet werden, um die mögliche Beteiligung der molekularen Mimikry an der Entwicklung anderer Autoimmunerkrankungen auf systemische und skalierbare Weise zu untersuchen“, schließt Prof. Park.

Hoffentlich hilft uns die neue Erfindung, besser mit SARS-CoV-2 und anderen Virusinfektionen umzugehen.

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Referenz

DOI: https://doi.org/10.1093/bib/bbac056

Autoren: Hyunsu An, Minho Eun, Jawoon Yi, Jihwan Park

Zugehörigkeiten: School of Life Sciences, Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)

Über das Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)

Das Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) wurde 1993 von der koreanischen Regierung als forschungsorientierte Graduiertenschule gegründet, um durch die Entwicklung fortschrittlicher Wissenschaft und Technologie mit Schwerpunkt auf der Zusammenarbeit mit der internationalen Gemeinschaft zur Sicherung von Koreas anhaltendem Wirtschaftswachstum und Wohlstand beizutragen. Seit dieser Zeit hat GIST im Jahr 2010 Pionierarbeit für einen hoch angesehenen naturwissenschaftlichen Grundstudiengang geleistet, der zu einem Modell für andere naturwissenschaftliche Universitäten in Korea geworden ist. Um mehr über GIST und seine spannenden Möglichkeiten für Forscher und Studenten zu erfahren, besuchen Sie bitte: http://www.gist.ac.kr/.

Über den Autor

Jihwan Park ist außerordentlicher Professor an der School of Life Sciences am GIST in Korea. Er erhielt einen Ph.D. in Epigenomik von POSTECH in Korea. Er setzte sein Studium der Genetik und Epigenetik menschlicher Krankheiten mittels Multi-Omics-Analyse und Einzelzellanalyse an der University of Pennsylvania in den USA unter der Leitung von Dr. Katalin Susztak fort. Derzeit erforscht seine Gruppe die molekularen Mechanismen von Krankheiten wie Krebs und chronischen Erkrankungen mithilfe der Einzelzellanalyse. Sein Labor konzentriert sich auch auf die Entwicklung von Einzelzell-Sequenzierungstechniken für die mRNA-Sequenzierung in voller Länge und die Rückverfolgung von Zelllinien in der Krebsentwicklung und Organogenese.


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