Reja: Proteomika haqida tushuncha

MAVZU:
REJA:
1. Proteomika haqida tushuncha
2. Proteomikaning muammolari
3. Proteomika turlari
Proteomika - bu oqsillarni keng ko'lamli o'rganish . Proteinlar tirik organizmlarning muhim qismlari bo'lib, mushak to'qimalarining strukturaviy tolalarini hosil qilish , oziq-ovqatning fermentativ hazm bo'lishi yoki DNKning sintezi va replikatsiyasi kabi ko'plab funktsiyalarga ega . Bundan tashqari, oqsillarning boshqa turlariga organizmni infektsiyadan himoya qiluvchi antikorlar va butun tanaga muhim signallarni yuboradigan gormonlar kiradi.
Proteoma - bu organizm yoki tizim tomonidan ishlab chiqarilgan yoki o'zgartirilgan oqsillarning butun to'plami . Proteomika oqsillarning tobora ortib borayotgan sonlarini aniqlash imkonini beradi. Bu vaqt va hujayra yoki organizm boshdan kechiradigan aniq talablar yoki stresslarga qarab o'zgaradi. Proteomika fanlararo soha bo'lib, u turli genom loyihalari, jumladan, Inson genomi loyihasining genetik ma'lumotlaridan katta foyda ko'rgan . U protein tarkibi, tuzilishi va faoliyatining umumiy darajasidan proteomalarni o'rganishni qamrab oladi va funktsional genomikaning muhim tarkibiy qismidir .
Proteomika odatda oqsillar va proteomalarning keng ko'lamli eksperimental tahlilini bildiradi, lekin ko'pincha oqsillarni tozalash va massa spektrometriyasiga ishora qiladi . Darhaqiqat, mass-spektrometriya proteomalarni tahlil qilishning eng kuchli usuli hisoblanadi, ham millionlab hujayralardan tashkil topgan katta namunalarda, ham bitta hujayrada.
Tarix va etimologiya
Proteomika deb hisoblanishi mumkin bo'lgan oqsillarni birinchi tadqiq qilish 1975 yilda, ikki o'lchovli jel joriy etilgandan va Escherichia coli bakteriyasi oqsillarini xaritalashdan keyin boshlangan.
Proteom "oqsil" va "genom" so'zlarining aralashmasidir. U 1994-yilda oʻsha paytdagi doktorant Mark Uilkins tomonidan 1995-yilda birinchi maxsus proteomik laboratoriyaga asos solgan Macquarie universiteti tomonidan yaratilgan.
Proteomikaning muammolari
Genomika va transkriptomikadan keyin proteomika biologik tizimlarni o'rganishning navbatdagi bosqichidir. Bu genomikaga qaraganda murakkabroq, chunki organizmning genomi ko'proq yoki kamroq doimiydir, proteomalar esa hujayradan hujayraga va vaqti-vaqti bilan farq qiladi. Alohida genlar turli hujayra turlarida ifodalanadi , ya'ni hujayrada ishlab chiqarilgan oqsillarning asosiy to'plami ham aniqlanishi kerak.
O'tmishda bu hodisa RNK tahlili bilan baholangan, bu protein tarkibi bilan bog'liqlik yo'qligi aniqlangan. Endi maʼlumki, mRNK har doim ham oqsilga aylanavermaydi va maʼlum miqdorda mRNK uchun hosil boʻladigan oqsil miqdori u transkripsiya qilingan genga va hujayraning fiziologik holatiga bogʻliq. Proteomika oqsil mavjudligini tasdiqlaydi va uning miqdorini bevosita o'lchashni ta'minlaydi.
Fosforlanish
Bunday modifikatsiyalardan biri fosforillanish bo'lib, hujayra signalizatsiyasi jarayonida ko'plab fermentlar va tizimli oqsillar bilan sodir bo'ladi . Fosfatning ma'lum bir aminokislotalarga qo'shilishi - ko'pincha serin va treonin serin-treonin kinazlar vositachiligida yoki kamdan-kam hollarda tirozin tirozin kinazlari vositachiligida - oqsilning alohida to'plami bilan bog'lanish yoki o'zaro ta'sir qilish maqsadiga aylanishiga olib keladi. fosforlangan domenni taniydigan boshqa oqsillar.
Protein fosforlanishi eng ko'p o'rganilgan oqsil modifikatsiyalaridan biri bo'lganligi sababli, ko'plab "proteomik" harakatlar muayyan sharoitlarda ma'lum bir hujayra yoki to'qima turidagi fosforlangan oqsillar to'plamini aniqlashga qaratilgan. Bu olimni ushbu holatda faol bo'lishi mumkin bo'lgan signalizatsiya yo'llari haqida ogohlantiradi.
Proteomika ko'p sabablarga ko'ra genomikaga qaraganda boshqacha tushunish darajasini beradi:
genning transkripsiya darajasi uning oqsilga o'tish darajasining faqat taxminiy bahosini beradi. Ko'p miqdorda ishlab chiqarilgan mRNK tez parchalanishi yoki samarasiz tarjima qilinishi mumkin, natijada oz miqdorda protein paydo bo'ladi .
yuqorida aytib o'tilganidek, ko'plab oqsillar o'zlarining faoliyatiga chuqur ta'sir ko'rsatadigan post-translyatsiya o'zgarishlarini boshdan kechiradilar; masalan, ba'zi oqsillar fosforlangan bo'lgunga qadar faol bo'lmaydi. Translatsiyadan keyingi o'zgarishlarni o'rganish uchun fosfoproteomika va glikoproteomika kabi usullar qo'llaniladi.
ko'pgina transkriptlar muqobil birlashma yoki muqobil post-translational modifikatsiyalar orqali bir nechta oqsillarni keltirib chiqaradi .
ko'p oqsillar boshqa oqsillar yoki RNK molekulalari bilan komplekslar hosil qiladi va faqat shu boshqa molekulalar ishtirokida ishlaydi.
oqsilning parchalanish darajasi protein tarkibida muhim rol o'ynaydi.
Qayta ishlab chiqarish qobiliyati . Proteomika tajribalarida takrorlanish qobiliyatiga ta'sir qiluvchi asosiy omillardan biri bu massa spektrometrlari o'lchaydiganidan ko'ra ko'proq peptidlarning bir vaqtning o'zida elutsiyasidir . Bu ma'lumotlarga bog'liq triptik peptidlarni olish tufayli tajribalar o'rtasida stokastik farqlarni keltirib chiqaradi. Dastlabki keng miqyosli ov miltig'i proteomikasi tahlillari laboratoriyalar o'rtasida sezilarli o'zgaruvchanlikni ko'rsatgan bo'lsa-da, qisman laboratoriyalar o'rtasidagi texnik va eksperimental farqlarga bog'liq bo'lsa-da, so'nggi ommaviy spektrometriya tahlillarida, xususan, oqsil darajasida takrorlanish yaxshilandi. Ayniqsa, maqsadli proteomikama'lumotlar zichligi va samaradorligi hisobiga bo'lsa-da, ov miltig'i usullari bilan solishtirganda ko'paytirilishi va takrorlanishini ko'rsatadi.

Ma'lumotlar sifati . Proteomik tahlil avtomatlashtirishga juda mos keladi va dasturiy ta'minot algoritmlari tomonidan qayta ishlanadigan katta ma'lumotlar to'plamlari yaratiladi. Filtr parametrlari noto'g'ri xitlar sonini kamaytirish uchun ishlatiladi, ammo ularni butunlay yo'q qilib bo'lmaydi. Olimlar proteomik eksperimentlar analitik kimyo mezonlariga (etarlicha ma'lumotlar sifati, aql-idrokni tekshirish, tekshirish) rioya qilishlari kerakligini bilish zarurligini bildirdilar.

Yangi dori kashfiyoti
Inson genlari va oqsillarini o'rganish natijasida yuzaga kelgan muhim rivojlanishlardan biri kasallikni davolash uchun potentsial yangi dorilarni aniqlash bo'ldi. Bu genom va proteomaga bog'liqkasallik bilan bog'liq bo'lgan oqsillarni aniqlash uchun ma'lumot, kompyuter dasturlari keyinchalik yangi dorilar uchun maqsad sifatida foydalanishi mumkin. Misol uchun, agar ma'lum bir oqsil kasallikka aloqador bo'lsa, uning 3D tuzilishi oqsil ta'siriga xalaqit beradigan dorilarni ishlab chiqish uchun ma'lumot beradi. Fermentning faol joyiga to'g'ri keladigan, lekin ferment tomonidan chiqarilmaydigan molekula fermentni faolsizlantiradi. Bu kasallik bilan bog'liq bo'lgan oqsillarni faolsizlantirish uchun yangi dorilarni topishga qaratilgan yangi dori-darmonlarni kashf qilish vositalarining asosidir. Jismoniy shaxslar o'rtasidagi genetik farqlar aniqlanganligi sababli, tadqiqotchilar ushbu usullardan shaxs uchun samaraliroq bo'lgan shaxsiylashtirilgan dori-darmonlarni ishlab chiqishda foydalanishni kutishadi.
Proteomika, shuningdek, o'simliklarning o'simliklarga himoya reaktsiyasida ishtirok etadigan nomzod genlarni aniqlashga yordam beradigan murakkab o'simlik va hasharotlar o'zaro ta'sirini aniqlash uchun ishlatiladi.
Proteomikaning kemoproteomika deb ataladigan bo'limi dorilarning oqsil maqsadlarini aniqlash uchun ko'plab vositalar va usullarni taqdim etadi.
O'zaro ta'sir proteomikasi va oqsil tarmoqlari
O'zaro ta'sir proteomikasi - bu ikkilik o'zaro ta'sirlar shkalasidan proteom yoki tarmoq miqyosigacha bo'lgan oqsil o'zaro ta'sirini tahlil qilish. Aksariyat oqsillar oqsil-oqsil o'zaro ta'siri orqali ishlaydi va o'zaro ta'sir proteomikasining maqsadlaridan biri ikkilik oqsil o'zaro ta'sirini , oqsil komplekslarini va interaktomlarni aniqlashdir .
Protein-oqsil o'zaro ta'sirini tekshirishning bir necha usullari mavjud . Eng an'anaviy usul xamirturushli ikki gibrid tahlil bo'lsa-da , kuchli rivojlanayotgan usul bu yaqinlikni tozalash , so'ngra yorliqli protein yemlari yordamida protein massa spektrometriyasi . Boshqa usullar orasida sirt plazmoni rezonansi (SPR), oqsil mikromassivlari , ikkilamchi polarizatsiya interferometriyasi , mikro miqyosdagi termoforez , kinetik istisno tahlili va fajni ko'rsatish va silika hisoblash usullari kabi eksperimental usullar kiradi.

Protein-oqsil o'zaro ta'sirini bilish ayniqsa biologik tarmoqlar va tizimlar biologiyasi uchun foydalidir , masalan, hujayra signalizatsiya kaskadlari va genlarni tartibga solish tarmoqlarida ( protein-DNK o'zaro ta'siri haqidagi bilimlar ham informatsion bo'lgan GRNlar). Proteinlarning o'zaro ta'sirini proteom miqyosida tahlil qilish va bu o'zaro ta'sir naqshlarini kattaroq biologik tarmoqlarga integratsiya qilish tizim darajasidagi biologiyani tushunish uchun juda muhimdir .

Ekspressiya proteomikasi
Ekspressiya proteomikasi kattaroq miqyosda protein ifodasini tahlil qilishni o'z ichiga oladi . Bu ma'lum bir namunadagi asosiy oqsillarni va tegishli namunalarda differentsial tarzda ifodalangan oqsillarni, masalan, kasal va sog'lom to'qimalarni aniqlashga yordam beradi. Agar oqsil faqat kasal namunada topilsa, u foydali dori maqsadi yoki diagnostika belgisi bo'lishi mumkin. Bir xil yoki o'xshash ifoda profiliga ega bo'lgan oqsillar ham funktsional jihatdan bog'liq bo'lishi mumkin. Ekspressiya proteomikasida qo'llaniladigan 2D-PAGE va mass-spektrometriya kabi texnologiyalar mavjud .
Biomarkerlar
Milliy sog'liqni saqlash institutlari biomarkerni "oddiy biologik jarayonlar, patogen jarayonlar yoki terapevtik aralashuvga farmakologik javoblar ko'rsatkichi sifatida ob'ektiv ravishda o'lchanadigan va baholanadigan xususiyat" deb ta'riflagan.
Proteomani, har bir oqsilning tuzilishi va funktsiyasini va oqsil-oqsil o'zaro ta'sirining murakkabligini tushunish kelajakda eng samarali diagnostika usullari va kasalliklarni davolash usullarini ishlab chiqish uchun juda muhimdir. Masalan, proteomika nomzod biomarkerlarni (tashxis uchun ahamiyatga ega bo'lgan tana suyuqliklaridagi oqsillar) aniqlashda, immun javob bilan maqsadli bakterial antijenlarni aniqlashda va yuqumli yoki neoplastik kasalliklarning mumkin bo'lgan immunohistokimyoviy belgilarini aniqlashda juda foydali. .
Proteomikaning qiziqarli qo'llanilishi kasallikni tashxislash uchun maxsus protein biomarkerlaridan foydalanishdir. Bir qator texnikalar ma'lum bir kasallik davrida ishlab chiqarilgan oqsillarni tekshirishga imkon beradi, bu esa kasallikni tezda aniqlashga yordam beradi. Texnikalar orasida western blot , immunohistokimyoviy bo'yash , ferment bilan bog'liq immunosorbent tahlili (ELISA) yoki massa spektrometriyasi kiradi . [38] [60] Sekretomika , proteomik yondashuvlar yordamida ajratilgan oqsillar va sekretsiya yo'llarini o'rganadigan proteomikaning kichik sohasi bo'lib, yaqinda kasallikning biomarkerlarini kashf qilish uchun muhim vosita sifatida paydo bo'ldi.
Proteogenomika
Proteogenomikada , gen annotatsiyalarini yaxshilash uchun massa spektrometriyasi kabi proteomik texnologiyalar qo'llaniladi . Genom va proteomaning parallel tahlili translatsiyadan keyingi modifikatsiyalar va proteolitik hodisalarni aniqlashga yordam beradi [62] , ayniqsa bir nechta turlarni solishtirganda (qiyosiy proteogenomika). [63]

Strukturaviy proteomika

Strukturaviy proteomika oqsil tuzilmalarini keng miqyosda tahlil qilishni o'z ichiga oladi. U oqsil tuzilmalarini taqqoslaydi va yangi kashf etilgan genlarning funktsiyalarini aniqlashga yordam beradi. Strukturaviy tahlil, shuningdek, dorilarning oqsillar bilan bog'lanishini tushunishga yordam beradi va shuningdek, oqsillar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilishini ko'rsatadi. Bu tushuncha rentgen kristallografiyasi va NMR spektroskopiyasi kabi turli texnologiyalar yordamida erishiladi.

Foydalanilgan adabiyotlar roʻyxati.

1. Anderson NL, Anderson NG (1998 yil avgust). "Proteom va proteomika: yangi texnologiyalar, yangi tushunchalar va yangi so'zlar". Elektroforez.
2. Blackstock WP, Weir MP (1999 yil mart). "Proteomika: hujayra oqsillarining miqdoriy va fizik xaritasi". Biotexnologiyadagi yo'nalishlar.
3. Anderson JD, Yoxansson HJ, Graham CS, Vesterlund M, Pham MT, Bramlett CS va boshqalar. (2016 yil mart). "Mezenximal ildiz hujayra ekzosomalarining keng qamrovli proteomik tahlili yadro omili-KappaB signalizatsiyasi orqali angiogenez modulyatsiyasini aniqlaydi" . Ildiz hujayralari.
4. Hood L, Rowen L (2013-09-13). "Inson genomi loyihasi: katta fan biologiya va tibbiyotni o'zgartiradi" . Genom tibbiyoti .
5. Chjan Y, Fonslou BR, Shan B, Baek MC, Yates JR (2013 yil aprel). "O'q otish / pastdan yuqoriga proteomika bo'yicha oqsil tahlili" . Kimyoviy sharhlar .