Bioinformatická analýza polymorfismů membránově vázaných isoforem adenylátcyklas s potenciálně klinickým významem

Bc. Radim Jaroušek

Master's thesis

Bioinformatic analysis of polymorphisms of membrane-bound isoforms of adenylate cyclase with potential clinical significance

Abstract:

Adenylátcyklasy (AC) jsou enzymy, které syntetizují tvorbu cyklického adenosin monofosfátu (cAMP). cAMP funguje jako druhý posel, který zesiluje signály z primárních receptorů po jejich stimulaci například hormony. AC jsou součástí signální dráhy zahrnující cAMP. Tato signální dráha je zodpovědná za mnoho nezbytných biologických funkcí, jako je regulace glykogenu, metabolismu cukru nebo lipidů. U lidí je doposud popsáno 9 transmembránových isoforem AC. Isoformy se liší ve specifické regulaci a tkáňové distribuci. V současné době je mnoho studií zaměřeno na možnou patologii související se ztrátou nebo zvýšením katalytické funkce těchto enzymů. Je již známo, že trvale vysoké nebo nízké hladiny cAMP mohou způsobit patologický fenotyp. Tato diplomová práce je zaměřena na mutace v AC, které mají za následek záměnu aminokyselin v proteinové sekvenci, tzv. missense mutace. Tento typ mutace může ovlivnit funkci enzymu a případně vést ke specifické patologii. Jedním z cílů diplomové práce je shromáždit informace o všech známých missense mutacích u AC s klinickým významem. Část práce je také zaměřena na identifikaci nejškodlivějších mutací na základě rozsáhlých asociačních studií genomů. Bioinformatické přístupy byly použity k predikci funkčního dopadu mutací na isoformy AC, k vizualizaci distribuce mutací a jejich možné korelaci s určitou patologií. Funkční dopad vybraných mutací bude v budoucnu ověřen další analýzou pomocí metody Crisp-Cas9. Tato práce by měla pomoci lépe porozumět rolím AC v biologickém systému a získat znalosti o těchto enzymech jako možném cíli pro nová léčiva.

Abstract:

Adenylate cyclases are enzymes that synthetises formation of cyclic adenosine monophosphate (cAMP). cAMP works as a second messenger that enhances signals from primary receptors after stimuli from hormones or nutrients. Adenylate cyclases (AC) are part of this cAMP signalling pathway. This complex pathway is responsible for many necessary biological functions such as regulation of glycogen, sugar or lipid metabolism. In humans 9 AC isoforms are described till today. They differ in specific regulation and tissue distribution. Nowadays many studies are focused on possible pathology related to a loss or a gain of function of these enzymes. It is already known that high or low permanent levels of cAMP can cause pathological phenotype. This diploma thesis is focused on mutations in ACs which results in substitution of amino acid in protein sequence, so called missense mutations. This type of mutation can influence function of an enzyme and possibly result in a specific pathology. One of the goals of diploma thesis is to collect information about all known missense mutations in ACs with clinical significance. Part of the thesis is also focused to identify the most damaging mutations in genome wide association studies. Bioinformatic approaches were used to predict functional impact of mutations on AC isoforms, distribution of mutations and their possible correlation with a certain pathology. The functional impact on selected described mutations will be evaluated by further analysis using Crisp-Cas9 method. This thesis should help to better understand roles of ACs in a biological system and gain knowledge of these enzymes as a possible drug target.

Keywords

Adenylátcyklasa, cAMP, Mutace, Bioinformatika, Predikce, GnomAD, Patologie, Adenylate cyclase, Bioinformatics, Prediction, Pathology

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 14. 2. 2020
• Supervisor: doc. Mgr. Lukáš Kubala, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Chemoinformatics and Bioinformatics