Федеральное государственное образовательное

4.4. 
 
Количественная протеомика и ее применение в системной 
биологии 
Полное или частичное определение последовательностей геномов большого числа 
организмов открыло новое направление в биологических исследованиях, целью которого 
является выход на системный уровень анализа биологических процессов. Задачей этого 
нового подхода – системной биологии – является анализ закономерностей реализации 
генетической информации на уровне макромолекулярных сетей, с ясной трактовкой 
ответа клетки или организма на воздействия на молекулярном уровне (Kitano, 2002). С 
целью создания моделей клеточной регуляции и метаболических механизмов системная 
биология стремится интегрировать данные, полученные с помощью различных 
высокопроизводительных технологий, таких как секвенирование генома, ДНК-
микроэррей-технологии, скрининг РНКи, нокдаун генов, дрожжевые двугибридные 
системы, иммунопреципитация хроматина, протеомика, масс-спектроскопия и 
использования методов биоинформатики (Ивахно, 2006). Системная биология 
потенциально способна создать модель, в которую могут быть также интегрированы 
данные традиционных исследований отдельных генов или белков и которые будут давать 
дополнительную информацию к данным высокотехнологичных методов. В конечном 
счете, прогресс в этой области будет зависеть от способности одновременного анализа 
идентичности, концентрации, функций и взаимодействий огромного количества 
разнообразных биологических макромолекул (Aggarwal, 2003). 
Высокопроизводительные технологии секвенирования ДНК дают возможность 
исследовать полностью охарактеризованные геномы многих организмов. Данные по 
геномам организмов, содержащие нуклеотидные последовательности и описание генов и 
хранящиеся в огромных базах данных, поставляют базовую информацию для изучения 
биологических систем (Butcher, 2004). Однако информации, полученной в результате 

---

51 
секвенирования генома, конечно, недостаточно для понимания биологических процессов 
в клетке и организме. Необходим детальный анализ данных функциональной геномики: 
экспрессии мРНК, количественного содержания и взаимодействия множества белков, их 
модификаций, локализации в клетке, динамики метаболических путей и других 
процессов, прежде чем мы сможем понять сложные механизмы функционирования живых 
систем (Ивахно, 2006). 
Поскольку белки являются основными функциональными макромолекулами 
клетки, ее функциональное состояние в данный момент времени определяется 
структурными особенностями потенциально экспрессируемых белков. Исследование 
протеомной динамики является необходимым условием для понимания молекулярных 
механизмов функционирования клетки и их регуляции. 
Одним из наиболее многообещающих подходов для изучения динамики протеома 
клетки является количественная протеомика, которая основана на методах мечения 
стабильными изотопами с целью сравнительной количественной оценки содержания 
белков. 
Другие методы количественной протеомики, основанной на тандемной масс-
спектрометрии, успешно используется для анализа крупномасштабных изменений в 
совокупности белков, обнаружения новых белок-белковых и белок-пептидных 
взаимодействий, изучения динамики образования сложных макромолекулярных 
комплексов, динамических изменений в белковом составе органелл, процессах 
фосфорилирования в сигнальных каскадах. Все эти подходы также являются весьма 
многообещающими для системной биологии (Ивахно, 2006). 
Более того, количественная протеомика позволяет непосредственно сравнивать 
активацию полных сигнальных сетей в ответ на индивидуальные воздействия, и 
обнаруживать критические различия в цепях, ответственных за изменения клеточного 
ответа. Развитие протеомной биоинформатики и непрерывное усовершенствование 
технологий протеомики, а также геномики и транскриптомики позволяет сейчас 
исследовать клеточные механизмы н интегрированном системном уровне.