Vetenskap & Hälsa

Din profil i biomolekylernas sociala nätverk

2020-02-10

Kan vi dra lärdom från tekniken bakom sociala medier när vi studerar sjukdomar? Ett socialt nätverk är en förenklad bild av relationer mellan olika personer – familjemedlemmar, vänner, kollegor, eller några som delar ett intresse. Olika typer av relationer finns också inom komplexa biologiska system, där särskilda konstellationer kan säga oss något om risken att utveckla en viss sjukdom. Att tillämpa nätverksanalys för att beskriva komplexa system med en förenklad struktur är därför ett betydelsefullt verktyg för forskare.

Martin Rydén är bioinformatiker och doktorand på enheten för klinisk epidemiologi vid Lunds universitet. Här skriver han själv om sin forskning.

Proteiner är ett exempel på sociala biomolekyler i den mening att de sällan agerar på egen hand – de interagerar med andra i sin omgivning. När vi vill förklara en viss biologisk process är det därför ofta otillräckligt att endast beskriva enskilda proteiners funktion och egenskaper. Vi letar efter större mönster; efter en slags molekylär signatur som är unik för ett visst tillstånd. Genom att synliggöra proteinernas relationer som ett interaktionsnätverk kan vi börja titta närmre på grupper som är särskilt aktiva vid sjukdomstillstånd. Dessa grupper består av proteiner som har någonting gemensamt. Men den gemensamma faktorn beror på sammanhanget, precis som den gör i ett socialt nätverk.

I grafstrukturen bildas funktionella samhällen av proteiner med liknande funktion. Illustration: författarens bild

Insikter kan härledas från sammanhang

Din roll som individ varierar med tid och rum: vem du är i ditt hem, på kontoret eller när du är på gymmet. Proteiners roll beror på deras cellulära sammanhang och vilka biologiska processer de är involverade i. Ett exempel är proteinet fibronektin som är en central komponent i extracellulär matrix (substans som finns mellan celler), och har en viktig funktion i flera processer som sårläkning och embryoutveckling. Proteinet interagerar huvudsakligen med integriner, ett slags protein som går igenom cellmembranet, men också med glykoproteiner och kollagener. De olika interaktionerna definierar proteinets roll vid ett visst tillfälle.

Likheterna mellan sociala och biologiska nätverk är många, och eftersom att de förhåller sig till samma ramverk, kan vi använda besläktade tekniker för att analysera dem.

Vad är ett nätverk?

Ett nätverk består av noder som representerar en individ, t.ex. ett protein, som är sammankopplade av länkar som beskriver deras relation, d.v.s. om och hur de interagerar.

 

Det humana interaktomet är en term som innefattar alla molekylära interaktioner i våra celler. Kunskapen om interaktomet är ofullständig och det är ett hinder för att vi tillförlitligt ska kunna tillämpa molekylär nätverksanalys.

Prediktiv nätverksanalys går ut på att titta på mönster inom nätverket för att härleda vad ett protein har för funktion, och kan hjälpa oss fylla i några av tomrummen i kartläggningen av interaktomet.

Proteomet beskriver den sammanlagda uppsättningen proteiner som våra gener kodar för. Till skillnad från genomet är proteomet mer variabelt och därför också svårare att kartlägga.

Ett interaktionsnätverk innehåller mycket information: varje nod representerar ett protein och vår samlade kunskap om dess funktion, varje länk beskriver vår kännedom om hur det interagerar med andra proteiner. Det interaktionsnätverk som innefattar alla proteininteraktioner i våra celler benämns som interaktomet och kartläggningen av detta är i dagsläget ofullständigt.

För att komma till biologiskt relevanta insikter utifrån vår data tittar vi på mönster inom interaktionsnätverket i stort, och lokala mönster inom vad som kan beskrivas som funktionella samhällen. De består av interagerande proteiner som tillsammans utför en viss funktion i våra celler. Genom att studera sådana mönster kan vi för proteiner vars funktion ännu är okänd göra antaganden om deras roll i ett funktionellt samhälle.

Nätverket som medicinskt verktyg

I degenerativa sjukdomar som artros förändras det cellulära proteomet i vävnaden under sjukdomens förlopp. Det är därför svårt att i förväg ha en uppfattning om vilka proteininteraktioner som förväntas förekomma. Därför är det avvikelser från det normala som i första hand antyder om det påbörjade sjukdomstillståndet. I våra studier där vi jämför artrosdrabbad och frisk vävnad ser vi bland artrospatienter ett samtidigt ökat uttryck av proteiner som ingår i nedbrytningsprocesser, samt proteiner som motverkar nedbrytningen.

Vad är artros?

Artros är en mycket vanligt förekommande reumatisk sjukdom som drabbar mer än en fjärdedel av befolkningen över 45 år. I dagsläget finns inget botemedel mot sjukdomen.

Riskfaktorer för artros är ålder, övervikt, hårt belastande arbete, tidigare ledskada, och ärftlighet.

I dagsläget diagnostiseras artros ofta sent i sjukdomsförloppet, vilket i sin tur leder till att behandling sätts in sent. Därför krävs nya tillförlitliga statistiska verktyg för att för att underlätta forskarnas arbete med att förstå och beskriva sjukdomens process.

Text & illustrationer: MARTIN RYDÉN