22 -ma'ruza: Genomika, Proteomika va Metabolomika 2019

22 -ma'ruza: Genomika, Proteomika va Metabolomika 2019

Laboratoriyamning asosiy ilmiy qiziqishi kemiruvchilar modeli tizimlarida miya rivojlanishining molekulyar mexanizmlari, funktsiyasi va kasalliklarini tushunishdir. Biz ifoda profilini sichqonchani miyasi rivojlanishi davomida rivojlanayotgan regulyativ genlarni aniqlash vositasi sifatida ishlatdik. Nomzod genlari molekulyar va uyali texnika va transgen sichqonlar bilan ajralib turadi. Hozirgi vaqtda biz o'z sa'y-harakatlarimizni miyaning o'rganish va xotira uchun muhim bo'lgan hipokampusdagi qo'zg'atuvchi sinapslarda ishlaydigan molekulalarga qaratdik. Xususan, biz AMPA tipidagi glutamat retseptorlari bilan bog'lanadigan va rivojlanish va plastiklik paytida sinapslarga olib o'tilishi uchun muhim bo'lgan miyaga xos transmembranli oqsillar (SynDIG/Prrt) oilasini o'rganyapmiz.

Grad guruhiga aloqadorlik
Biokimyo, molekulyar, hujayra va rivojlanish biologiyasi
Nevrologiya
Farmakologiya va toksikologiya
Mutaxassisliklar / Fokus
Biokimyo
Saraton biologiyasi
Hujayra biologiyasi
Rivojlanish biologiyasi
Genomika, Proteomika va Metabolomika
Molekulyar genetika
Neyrobiologiya
Kurslar
Diaz laboratoriyasi
Deyv Speka, PhD, tadqiqotchi olim
Kris Plambek, aspirant (BMCDB)
Breana Vong, bakalavr talabasi
Jessika Briones, talaba
Mukofot va mukofotlar
Xelen Xey Uitni stipendiyasi
Alfred P. Sloan tadqiqot stipendiyasi
NIH direktorining yangi innovator mukofoti
Neyrologiya fanlari bitiruvchilari guruhining eng yaxshi xizmat mukofoti
Professional jamiyatlar
Amerika hujayra biologiyasi jamiyati
Neyrologiya jamiyati
Chikano va tubjoy amerikalik olimlarni rivojlantirish jamiyati (SACNAS)
Darajalar
Nashrlar
Matt L, Kirk LM, Chenaux G, Speca DJ, Puhger KR, Pride MC, Qneibi M, Haham T, Plambeck KE, Stern-Bach Y, Silverman JL, Crawley JN, Hell JW, Diaz E.. SynDIG4/Prrt1 qo'zg'atuvchi sinaps rivojlanishi va kognitiv funktsiyaning plastikligi uchun talab qilinadi. Hujayra vakili. 2018 yil 2722 fevral (9): 2246-2253.

Chenaux G, Matt L, Hill TC, Kaur I, Liu XB, Kirk LM, Speca DJ, McMahon SA, Zito K, Hell JW, Diaz E.. SynDIG1 ning yo'qolishi eksitator sinapsning kamolotini kamaytiradi, lekin in vivo shakllanmaydi. eNeuro. 2016 yil oktabr 213(5).

Kaur I, Yarov-Yarovoy V, Kirk LM, Plambek KE, Barragan EV, Ontiveros ES, Diaz E. Faoliyatga bog'liq bo'lgan Palmitoyilatsiya SynDIG1 barqarorligi, lokalizatsiyasi va funktsiyasini boshqaradi. J Neurosci. 2016 yil iyul 2036 (29): 7562-8.

Kirk LM, Ti SW, Bishop HI, Orozco-Llamas M, Pham M, Trimmer JS, Diaz E.. Kalamush miyasida SynDIG4/prolinga boy transmembranli oqsil 1 ning tarqalishi. J Comp Neurol. 2016 yil avgust 1524 (11): 2266-80.

Ngo T, Barisone GA, Lam KS va Diaz E, DAOY hujayra proliferatsiyasining MXD3 regulyatsiyasi faollashuv vaqti bilan belgilanadi, BMC Cell Biol. 2014, 15:30.

Barisone GA, Ngo T, Tran M, Cortes D, Shahi MH, Nguyen TV, Lanza-Peres D, Matayasuwan W va Diaz E., DAOY inson medulloblastoma hujayralarining ko'payishida Mxd3 ning roli. PLoS ONE. 20127 (7): e38508.

Kalashnikova E, Lorca RA, Kaur I, Barisone GA, Li BH, Ishimaru T, Trimmer JS, Mohapatra DP va Diaz E.. SynDIG1: qo'zg'atuvchi sinaps rivojlanishini tartibga soluvchi faollik bilan boshqariladigan AMPA retseptorlari o'zaro ta'sir qiluvchi transmembranli oqsil, Neuron, 2010, 65: 80-93.

Yun JS, Rust JM, Ishimaru T va Diaz E. (2007), Mad3 oilasining a'zosi uchun serebellar granulalar neyron prekursorlari proliferatsiyasida yangi rol, Mol. Hujayra. Biol. 27: 8178-8189.

Diaz E, Ge Y, Yang YH, Loh KC, Serafini TA, Okazaki Y, Hayashizaki Y, Speed ​​TP, Ngai J va Scheiffele P. (2002). Rivojlanayotgan pontoserebellar proyeksiya tizimida gen ifodasini molekulyar tahlil qilish. Neyron 36, 417-434.

Metabolomika va ekspozotip: genlar va atrof -muhitni inson salomatligi bilan bog'lash

Genomika va metabolomik tadqiqotlarning kombinatsiyasi orqali olimlar atrof-muhitga ta'sir qilish va turmush tarzining kasallikning boshlanishiga ta'sirini tushunishga yaqinlashmoqda. Bu yaqinda belgilangan "eksposotip" (genomik va metabolik ma'lumotlarni hisobga oladi) tadqiqotchilar aniq tibbiyot va xavflarni baholash haqidagi hozirgi fikrlashni yaxshilash va inqilob qilish uchun foydalanishi mumkin bo'lgan yangi vositadir.

Ko'proq "omiklar" tadqiqotlari (masalan, genomika, metabolomika, proteomika) atrof -muhitning inson salomatligiga ta'sirini o'rganmoqda. Yaqinda Yel sog'liqni saqlash maktabida bo'lib o'tgan simpoziumda ekspozitsiyaning rivojlanayotgan sohasi o'rganildi.

Ekspozom butun hayotiy ta'sirlarni (masalan, atrof -muhit, parhez, xatti -harakatlar va mikrobiomdan, gormonlar, metabolizm va boshqalardan) va ularning inson salomatligiga umumiy ta'sirini baholashga qaratilgan. Bu kontseptsiya saraton kabi ko'plab muhim kasalliklar uchun etiologiyaning ozligini genlar hisobiga bog'liq. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, bu kasalliklarning rivojlanishida atrof-muhit va turmush tarzi ta'siri muhim rol o'ynaydi.

Genomika va genom bo'yicha assotsiatsiyalarni o'rganish (GWAS) irsiylikni, masalan, saraton va boshqa kasalliklarni rivojlanish xavfini tushuntirish qobiliyatini ochdi. Biroq, kasallikning mexanizmlarini to'liq tushunish va aralashuv va terapevtik dizayn yo'llarini aniqlash uchun genlar va atrof -muhit o'rtasidagi murakkab munosabatlarni baholash uchun qo'shimcha texnologiyalar kerak.

Yaqinda jurnalda chop etilgan maqolamizda Inson genomikasi, Biz qanday qilib tizimdagi barcha kichik molekulyar og'irlikdagi metabolitlarni o'rganish, metabolomika ekspozomni tekshirish uchun muhim vosita ekanligini va qanday katta texnologik yutuqlar ekspozomni o'rganish uchun metabolomikadan foydalanishga imkon berganligini muhokama qilamiz.

Metabolomikadan organizmdagi barcha biologik tizimlarga atrof-muhit ta'sirining faqat bitta hodisasining ta'sirining yaxlit suratini yaratish uchun foydalanish mumkin. Bu keyinchalik ekspozitsiyaning ifodalangan fenotipini yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Ekspozotipda, shuningdek, turmush tarzini tanlash va shaxsning hozirgi fiziologik holati kuzatilgan barcha ekspozitsiyalar hisobga olinadi.

Metabolik va GWAS tadqiqotlarining kombinatsiyasi aniq tibbiyot yondashuvlari va farmakogenomikada katta yutuqlarga erishish imkoniyatiga ega …

Metabolomika atrof-muhit omillariga ta'sir qilishning metabolik biomarkerlarini ishlab chiqish uchun ham ishlatilishi mumkin. Keyinchalik bu tadqiqotchilarga xostga ta'sir qilish yo'nalishi va oqibatlarini asoslovchi molekulyar mexanizmlarni tushunishga imkon beradigan bog'liq genetik va fermentativ o'zgarishlarni aniqlay oladigan modellarni yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Bu oxir -oqibat tadqiqotchilarga atrof -muhit ta'siridan kelib chiqadigan ekspozitsiyani aniqlash imkonini beradi. Metabolik va GWAS tadqiqotlarining kombinatsiyasi aniq tibbiyot yondashuvlari va farmakogenomikasida sezilarli yutuqlarga olib kelishi mumkin, bu ikkalasi ham hozirgacha samarasiz.

Metabolomika hozirda diagnostikadan oldingi metabolik belgilar (kasallik boshlanishidan oldin o'zgarib turadigan metabolitlar to'plami) va genetik xavf ma'lumotlaridan foydalangan holda gen-atrof-muhit o'zaro ta'sirini aniqlash va kasallikning tarqalishini prognoz qilish uchun ko'plab populyatsiya darajasidagi ta'sir qilish tadqiqotlariga kiritilmoqda. Kelgusida, genomika bilan metabolomikaning kombinatsiyasi aniq davolanishga javob bermaydiganlar va javob beruvchilar bilan bog'liq bo'lgan asosiy omillarni aniqlash orqali aniq tibbiyotni sozlashda yordam beradigan vositani taklif qiladi. Tegishli statistik vositalarni muntazam qo'llashda, shuningdek, shaffof va takrorlanadigan tadqiqot amaliyotini qabul qilish va targ'ib qilishda qo'shimcha yutuqlarga ehtiyoj bor. Bu metabolizm fanidan ma'lum kasalliklarga chalingan shaxslarni aniqlashda va ularning javob berishiga yoki javob bermasligiga qarab eng yaxshi davolash usullarini qo'llashda yanada samarali foydalanish imkonini beradi.

Metabolomikani tahlil qilishda qiyinchiliklar mavjud bo'lsa (masalan, metabolitlarni identifikatsiyalash, analitik nuqtai nazar, bir necha darajadagi chalkashliklarni nazorat qilish va keng miqyosli aholi konsorsiumlarida takrorlanuvchanlik kabi), bu muammolarni o'nlab yillar davomida olib borilgan tadqiqotlar va o'rganilgan darslar yordamida bartaraf etish mumkin. o'rganish va statistik tahlillar bilan bog'liq genetik epidemiologiyada. Bundan tashqari, oshkoralik, takrorlanish va replikatsiyani yaxshilashga bo'lgan talabning oshishi va e'tirof etilishi tadqiqotchilar jamoasida bu sohadagi sa'y -harakatlarga turtki bo'ldi. Metabolomika va ekspozotip tadqiqotlari dunyosidagi buning joriy misollariga ta'sir qilish metabolitlari uchun ma'lumotlar bazalari va ma'lumotlarni tahlil qilish uchun yangi kimyometrik va bioinformatik vositalar, shuningdek, ko'p turdagi tizimlar (yoki "-omiks") ma'lumotlarini boshqa ko'p narsalar bilan birlashtirish kiradi. .

Eksosotip inson salomatligiga ta'sir etuvchi omillarni, jumladan, genetik tarkib, atrof-muhitga ta'sir qilish, turmush tarzini tanlash va ular o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarni ko'proq tushunishga imkon beradi. Ochiq tadqiqot amaliyotlari, takrorlanuvchanlikni yaxshilash va ma'lumotlar almashish yo'lidagi umumiy jamiyatning jadallashuvi orqali, GWAS va metabolomik tadqiqotlar ekspozotip va ekspozitsiyani o'rganadi, aniq tibbiyotni ishlab chiqish va qo'llash orqali o'lik kasalliklardan aziyat chekayotgan ko'plab odamlarning istiqbolini yaxshilaydi. diagnostika xavfini baholash.

17.5 Genomika va proteomika

Ushbu bo'lim oxirida siz quyidagilarni amalga oshirishingiz mumkin:

Proteinlar genlarning yakuniy mahsulotidir, ular gen kodlaydigan funktsiyani bajarishga yordam beradi. Aminokislotalar oqsillarni o'z ichiga oladi va hujayrada muhim rol o'ynaydi. Barcha fermentlar (ribozimlardan tashqari) reaktsiyalar tezligiga ta'sir etuvchi katalizator vazifasini bajaradigan oqsillardir. Proteinlar ham tartibga soluvchi molekulalar, ba'zilari esa gormonlardir. Gemoglobin kabi transport oqsillari kislorodni turli organlarga tashishga yordam beradi. Chet el zarralaridan himoya qiluvchi antikorlar ham oqsillardir. Kasallik holatida genetik darajadagi o'zgarishlar yoki ma'lum bir oqsilga to'g'ridan -to'g'ri ta'sir qilish natijasida oqsil funktsiyasi buzilishi mumkin.

Proteom - bu hujayra turi ishlab chiqaradigan oqsillarning butun majmui. Biz proteomlarni genomlar haqidagi bilimlardan foydalanib o'rganishimiz mumkin, chunki genlar mRNKlarni kodlaydi va mRNKlar oqsillarni kodlaydi. Garchi mRNK tahlili to'g'ri yo'nalishdagi qadam bo'lsa -da, hamma mRNK ham oqsilga aylanmaydi. Proteomika - proteomlarning funktsiyasini o'rganadigan fan. Proteomika genomikani to'ldiradi va olimlar genlarga asoslangan gipotezalarini sinab ko'rmoqchi bo'lganlarida foydalidir. Garchi barcha ko'p hujayrali organizmlarning hujayralari bir xil genlar to'plamiga ega bo'lsa ham, turli to'qimalarda hosil bo'lgan oqsillar to'plami har xil va gen ekspressiyasiga bog'liq. Shunday qilib, genom doimiy, lekin proteoma o'zgaradi va organizm ichida dinamikdir. Bundan tashqari, RNKlar muqobil ravishda birlashtirilishi mumkin (yangi kombinatsiyalar va yangi oqsillarni yaratish uchun kesish va yopishtirish) va ko'plab oqsillar proteolitik parchalanish, fosforillanish, glikozillanish va ubiquitinatsiya kabi jarayonlar orqali tarjimadan keyin o'zlarini o'zgartiradilar. Proteomlarni o'rganishni murakkablashtiradigan oqsil-oqsil o'zaro ta'siri ham mavjud. Garchi genom reja tuzsa -da, yakuniy arxitektura proteom hosil qiluvchi hodisalarning rivojlanishini o'zgartirishi mumkin bo'lgan bir qancha omillarga bog'liq.

Metabolomika genomika va proteomika bilan bog'liq. Metabolomika organizmdagi kichik molekulali metabolitlarni o'rganishni o'z ichiga oladi. Metabolik - bu organizmning genetik tuzilishi bilan bog'liq bo'lgan metabolitlarning to'liq to'plami. Metabolomics genetik tuzilish va jismoniy xususiyatlarni, shuningdek genetik tuzilish va atrof -muhit omillarini solishtirish imkoniyatini beradi. Metabolom tadqiqotining maqsadi tirik organizmlar to'qimalari va suyuqliklaridagi barcha metabolitlarni aniqlash, miqdorni aniqlash va kataloglashdir.

Protein tahlilining asosiy usullari
Proteomikaning yakuniy maqsadi ma'lum sharoitlarda ma'lum genomdan ifodalangan oqsillarni aniqlash yoki solishtirish, oqsillar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarni o'rganish va hujayra xatti-harakatlarini bashorat qilish yoki dori maqsadlarini ishlab chiqish uchun ma'lumotdan foydalanishdir. Olimlar DNKni sekanslashtirishning asosiy texnikasi yordamida genomni tahlil qilganidek, proteomikada oqsillarni tahlil qilish texnikasi talab qilinadi. DNK ketma-ketligiga o'xshash oqsillarni tahlil qilishning asosiy usuli bu massa spektrometriyasidir. Mass-spektrometriya molekula xususiyatlarini aniqlaydi va aniqlaydi. Spektrometriya sohasidagi yutuqlar tadqiqotchilarga juda kichik oqsil namunalarini tahlil qilish imkonini berdi. Masalan, rentgen kristallografiyasi olimlarga oqsil kristalining atom o'lchamida uch o'lchovli tuzilishini aniqlash imkonini beradi. Proteinni tasvirlashning yana bir usuli, yadro magnit rezonansi (NMR) suvli eritmadagi oqsilning uch o'lchovli tuzilishini aniqlash uchun atomlarning magnit xususiyatlaridan foydalanadi. Olimlar, shuningdek, oqsillarning o'zaro ta'sirini o'rganish uchun oqsil mikroarraylaridan foydalanganlar. Asosiy ikki gibrid ekranning keng ko'lamli moslashuvi (17.17-rasm) oqsil mikromassivlari uchun asos bo'ldi. Olimlar proteomik tahlil uchun juda ko'p ma'lumotlarni tahlil qilish uchun kompyuter dasturlaridan foydalanadilar.

Genomik va proteomik miqyosdagi tahlillar tizim biologiyasining bir qismi bo'lib, tizim ichidagi o'zaro ta'sirlarga asoslangan butun biologik tizimlarni (genomlar va proteomlar) o'rganadi. Evropa bioinformatika instituti va Inson Proteome Tashkiloti (HUPO) tizim biologiyasi bo'yicha juda ko'p ma'lumotlar to'plamini saralash uchun samarali vositalarni ishlab chiqmoqda va yaratmoqda. Proteinlar genlarning to'g'ridan -to'g'ri mahsuloti bo'lganligi va genomik darajadagi faollikni aks ettirganligi sababli, kasallik jarayonlarida ishtirok etadigan oqsillar va genlarni aniqlash uchun turli hujayralarning oqsil profillarini solishtirish uchun proteomlardan foydalanish tabiiydir. Ko'pgina farmatsevtika preparatlari sinovlari oqsillarga qaratilgan. Tadqiqotchilar yangi dorilarni aniqlash va ularning ta'sir mexanizmlarini tushunish uchun proteomikadan olingan ma'lumotlardan foydalanadilar.

Proteomik tahlilni o'tkazishda olimlar qiyinchiliklarga duch kelishadi, chunki oz miqdordagi protein miqdorini aniqlash qiyin. Mass-spektrometriya oz miqdordagi protein miqdorini aniqlash uchun yaxshi bo'lsa-da, kasallik holatlarida protein ifodasidagi o'zgarishlarni aniqlash qiyin bo'lishi mumkin. Proteinlar tabiiy ravishda beqaror molekulalar bo'lib, bu proteomik tahlilni genomik tahlilga qaraganda ancha qiyinlashtiradi.

Saraton proteomikasi

Olimlar kasalliklarning genetik asosini tushunish uchun bemorlarning genomlari va proteomlarini o'rganmoqdalar. Eng mashhur tadqiqotchilar proteomik usullar bilan o'rganmoqdalar saraton. Ushbu yondashuvlar skriningni va saratonni erta aniqlashni yaxshilaydi. Tadqiqotchilar kasallik jarayonini ko'rsatadigan oqsillarni aniqlay oladilar. Alohida protein biomarker, ifoda darajasi o'zgargan oqsillar to'plami esa oqsil belgisidir. Biyomarker yoki oqsil imzosi saratonni erta aniqlash va aniqlash uchun nomzod sifatida foydali bo'lishi uchun ular ter, qon yoki siydik kabi tana suyuqliklarida sekretsiya o'tkazishi kerak, shunda sog'liqni saqlash xodimlari invaziv bo'lmagan tarzda keng ko'lamli skrining o'tkazishi mumkin. Saratonni erta aniqlash uchun biomarkerlardan foydalanishning dolzarb muammosi-noto'g'ri-salbiy natijalarning yuqori darajasi. Yolg'on manfiy - noto'g'ri test natijasi, u ijobiy bo'lishi kerak edi. Boshqacha qilib aytganda, ko'plab saraton kasalliklari aniqlanmaydi, bu esa biomarkerlarni ishonchsiz qiladi. Saratonni aniqlashda oqsil biomarkerlarining ba'zi misollari tuxumdon saratoni uchun CA-125 va prostata saratoni uchun PSA. Protein imzolari saraton hujayralarini aniqlash uchun biomarkerlarga qaraganda ishonchli bo'lishi mumkin. Tadqiqotchilar, shuningdek, individual davolash rejalarini ishlab chiqish uchun proteomikadan foydalanmoqdalar, bu esa odamning o'ziga xos dori-darmonlarga javob berishi yoki bermasligini va odam boshdan kechirishi mumkin bo'lgan nojo'ya ta'sirlarni bashorat qilishni o'z ichiga oladi. Tadqiqotchilar kasallikning qaytalanish ehtimolini bashorat qilish uchun proteomikadan ham foydalanadilar.

Milliy saraton instituti saratonni aniqlash va davolashni yaxshilash dasturlarini ishlab chiqdi. Saraton kasalligining klinik proteinomik texnologiyalari va erta aniqlash tadqiqotlari tarmog'i - har xil saraton turlariga xos bo'lgan oqsil imzolarini aniqlashga qaratilgan harakatlar. Biotibbiyot proteomika dasturi oqsil belgilarini aniqlaydi va saraton kasalliklari uchun samarali davolash usullarini ishlab chiqadi.