Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Общая схема, показывающая взаимоотношения генома , транскриптома , протеома и метаболома ( липидома ).

Протеом является всем набором белков , которые есть, или может быть, выражаются в геноме , клетка, ткань или организм в определенное время. Это набор белков, экспрессируемых в клетке или организме данного типа в определенный момент времени и в определенных условиях. Протеомика - это исследование протеома.

Системы [ править ]

Этот термин применялся к нескольким различным типам биологических систем.

Сотовой протеом является сбор белков , обнаруженных в конкретной ячейки типа в соответствии с определенным набором условий окружающей среды , таких как воздействие гормональной стимуляции .

Также может быть полезно рассмотреть полный протеом организма , который можно концептуализировать как полный набор белков из всех различных клеточных протеомов. Это примерно белковый эквивалент генома .

Термин «протеом» также использовался для обозначения набора белков в определенных субклеточных биологических системах. Например, все белки вируса можно назвать вирусным протеомом . Все белки в митохондриях составляют митохондриальный протеом, который создал отдельную область изучения митопротеомики . [1]

Важность рака [ править ]

Протеом можно использовать для определения наличия различных типов рака.

Протеом можно использовать для сравнительного анализа различных линий раковых клеток. Протеомные исследования были использованы для определения вероятности метастазов в клеточных линиях рака мочевого пузыря KK47 и YTS1, и было обнаружено, что они содержат 36 нерегулируемых и 74 подавляемых белка. [2] Различия в экспрессии белков могут помочь идентифицировать новые механизмы передачи сигналов рака.

Биомаркеры рака были обнаружены с помощью протеомного анализа на основе масс-спектрометрии . Использование протеомики или изучение протеома - это шаг вперед в персонализированной медицине, позволяющий адаптировать коктейли лекарственных препаратов к конкретному протеомному и геномному профилю пациента. [3] Анализ клеточных линий рака яичников показал, что предполагаемые биомаркеры рака яичников включают α-енолазу (ENOA), фактор элонгации Tu , митохондрии (EFTU), глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназу (G3P) , белок стресс-70, митохондриальный (GRP75), аполипопротеин A-1 (APOA1) , пероксиредоксин (PRDX2) и аннексин A (ANXA) ». [4]

Сравнительный протеомный анализ 11 клеточных линий продемонстрировал сходство метаболических процессов каждой клеточной линии; В результате этого исследования был полностью идентифицирован 11731 белок. Белки домашнего хозяйства имеют тенденцию проявлять большую вариабельность между клеточными линиями. [5]

Устойчивость к некоторым лекарствам от рака до сих пор не изучена. Протеомный анализ использовался для идентификации белков, которые могут обладать противораковыми свойствами, особенно для лекарственного средства от рака толстой кишки иринотекан . [6] Исследования клеточной линии аденокарциномы LoVo показали, что 8 белков не регулировались, а 7 белков подавлялись. Белки, которые показали дифференциальную экспрессию, были вовлечены в такие процессы, как транскрипция, апоптоз и пролиферация / дифференцировка клеток, среди других.

Протеом в бактериальных системах [ править ]

Протеомные анализы были выполнены на разных видах бактерий, чтобы оценить их метаболические реакции на разные условия. Например, у таких бактерий, как Clostridium и Bacillus , протеомные анализы использовались для изучения того, как разные белки помогают спорам каждой из этих бактерий прорастать после длительного периода покоя. [7] Чтобы лучше понять, как правильно удалять споры, необходимо провести протеомный анализ.

История [ править ]

Марк Уилкинс ввел термин протеом [8] в 1994 году на симпозиуме «2D-электрофорез: от белковых карт к геномам», который проходил в Сиене, Италия. Он появился в печати в 1995 году [9], когда была опубликована часть его кандидатской диссертации. Уилкинс использовал этот термин для описания всего набора белков, экспрессируемых геномом, клеткой, тканью или организмом.

Размер и содержание [ править ]

Предположение о взаимно-однозначном соответствии между генами и белками означало бы, что существует не менее 20 000 белков, соответствующих примерно 20 000 генов человека. Протеом может быть больше, чем геном , особенно у эукариот , поскольку из одного гена может быть произведено более одного белка из- за альтернативного сплайсинга (например, протеом человека состоит из 92 179 белков [ необходима цитата ] , из которых 71 173 являются вариантами сплайсинга [ необходима ссылка ] ). [10]С другой стороны, не все гены транслируются в белки, и многие известные гены кодируют только РНК, которая является конечным функциональным продуктом. Причем размер полного протеома варьируется в зависимости от царства жизни. Например, в геномах эукариот, бактерий , архей и вирусов в среднем закодировано соответственно 15 145, 3200, 2358 и 42 белка. [11]

База данных Plasma Proteome содержит информацию о 10 500 белках плазмы крови. Поскольку диапазон содержания белка в плазме очень велик, трудно обнаружить белки, которых обычно не хватает по сравнению с белками в большом количестве. Существует аналитический предел, который может быть препятствием для обнаружения белков со сверхнизкими концентрациями. [12]

Существуют разные факторы, которые используются для анализа протеома. Во-первых, ширина белка определяется различными типами белка, а глубина белка определяется количеством копий белка в конкретных тканях. [12] Существуют различные факторы, которые могут добавлять белкам изменчивость. SAP (полиморфизм одной аминокислоты) и несинонимичный однонуклеотидный полиморфизм nsSNP являются ключевыми элементами, которые могут приводить к различным «видам белка» или «протеоморфам».

Термин темный протеом, введенный Пердигао и его коллегами, определяет области белков, которые не имеют обнаруживаемой гомологии последовательности с другими белками известной трехмерной структуры и поэтому не могут быть смоделированы с помощью гомологии . Для 546 000 белков Swiss-Prot 44–54% протеома у эукариот и вирусов оказались «темными», по сравнению с только ~ 14% у архей и бактерий . [13]

В настоящее время несколько проектов направлены на картирование протеома человека, в том числе « Карта протеома человека» , ProteomicsDB и Проект протеома человека (HPP) . Подобно проекту генома человека , эти проекты направлены на поиск и сбор доказательств для всех предсказанных генов, кодирующих белок в геноме человека. Карта Human Proteome Map в настоящее время (октябрь 2020 г.) утверждает 17 294 белка и 15 479 ProteomicsDB с использованием различных критериев. 16 октября 2020 года HPP опубликовала строгий план [14], охватывающий более 90% предсказанных генов, кодирующих белок. Белки идентифицируются из широкого спектра тканей и типов клеток плода и взрослого человека, включая гемопоэтические клетки . Базы данных, такие какneXtprot и UniProt являются центральными ресурсами протеомных данных человека.

Методы изучения протеома [ править ]

На этом изображении показан двухмерный гель с белками с цветовой кодировкой. Это способ визуализации белков на основе их массы и изоэлектрической точки.
Основная статья: Протеомика

Анализ белков оказывается сложнее, чем анализ последовательностей нуклеиновых кислот. Хотя ДНК состоит всего из 4 нуклеотидов, существует по крайней мере 20 различных аминокислот, из которых можно составить белок. Кроме того, в настоящее время не существует известной высокопроизводительной технологии для создания копий одного белка. Для изучения белков, наборов белков или всего протеома доступны многочисленные методы. Фактически, белки часто изучаются косвенно, например, с помощью вычислительных методов и анализа геномов. Ниже приведены лишь несколько примеров.

Техники разделения и электрофорез [ править ]

Протеомика , изучение протеома, в основном практиковалась путем разделения белков с помощью двумерного гель-электрофореза . В первом измерении белки разделяются с помощью изоэлектрической фокусировки , которая разделяет белки на основе заряда. Во втором измерении белки разделяются по молекулярной массе с помощью SDS-PAGE . Гель окрашивали с кумасси бриллиантовым синим или серебром для визуализации белков. Пятна на геле - это белки, которые переместились в определенные места.

Масс-спектрометрия [ править ]

Масс-спектрометр Orbitrap, обычно используемый в протеомике
Основные статьи: масс-спектрометрия белков и масс-спектрометрия

Масс-спектрометрия - один из ключевых методов исследования протеома. [15] Некоторые важные методы масс-спектрометрии включают масс-спектрометрию с орбитальной ловушкой, MALDI (матричная лазерная десорбция / ионизация) и ESI (ионизация электрораспылением). Фингерпринт пептидных масс идентифицирует белок, расщепляя его на короткие пептиды, а затем определяет идентичность белка путем сопоставления наблюдаемых пептидных масс с базой данных последовательностей . С другой стороны, тандемная масс-спектрометрия может получать информацию о последовательности от отдельных пептидов, выделяя их, сталкивая с инертным газом, а затем каталогизируя образующиеся фрагментные ионы . [16]

В мае 2014 года в журнале Nature был опубликован черновой вариант карты протеома человека . [17] Эта карта была создана с использованием масс-спектрометрии с преобразованием Фурье высокого разрешения. В этом исследовании было профилировано 30 гистологически нормальных образцов человека, в результате чего были идентифицированы белки, кодируемые 17 294 генами. Это составляет около 84% от общего количества аннотированных генов, кодирующих белок.

Хроматография [ править ]

Жидкостная хроматография - важный инструмент в изучении протеома. Это позволяет очень чувствительно разделять различные типы белков на основе их сродства к матрице. Некоторые новые методы разделения и идентификации белков включают использование монолитных капиллярных колонок, высокотемпературную хроматографию и капиллярную электрохроматографию. [18]

Блоттинг [ править ]

Вестерн-блоттинг можно использовать для количественной оценки содержания определенных белков. Используя антитела, специфичные к интересующему белку, можно исследовать присутствие специфических белков из смеси белков.

Анализы комплементации белков и интерактивные экраны [ править ]

Анализы комплементации белков-фрагментов часто используются для обнаружения межбелковых взаимодействий . Дрожжи двугибридный анализ является наиболее популярным из них , но существуют многочисленные вариации, как используется в пробирке и в естественных условиях . Pull-down анализы - это метод определения того, с какими видами белков взаимодействует белок. [19]

См. Также [ править ]

  • Метаболом
  • Цитом
  • Биоинформатика
  • Список тем омиков по биологии
  • База данных протеомов растений
  • Транскриптом
  • Интерактом
  • Проект "Протеом человека"
  • BioPlex

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Гомес-Серрано, М. (ноябрь 2018 г.). «Митопротеомика: борьба с дисфункцией митохондрий при заболеваниях человека» . Oxid Med Cell Longev . 2018 : 1435934. дои : 10,1155 / 2018/1435934 . PMC  6250043 . PMID  30533169 .
  2. ^ Ян, Ганлун; Сюй, Чжипэн; Лу, Вэй; Ли, Сян; Сунь, Ченгвэнь; Го, Цзя; Сюэ, Пэн; Гуань, Фэн (31.07.2015). «Количественный анализ дифференциальной экспрессии протеома при раке мочевого пузыря по сравнению с нормальными клетками мочевого пузыря с использованием метода SILAC» . PLOS ONE . 10 (7): e0134727. Bibcode : 2015PLoSO..1034727Y . DOI : 10.1371 / journal.pone.0134727 . ISSN 1932-6203 . PMC 4521931 . PMID 26230496 .   
  3. ^ Ан, Яо; Чжоу, Ли; Хуанг, Чжао; Хорошо, Эдуард К.; Чжан, Хайюань; Хуан, Цаньхуа (2019-05-04). «Молекулярное понимание лекарственной устойчивости рака с точки зрения протеомики». Экспертный обзор протеомики . 16 (5): 413–429. DOI : 10.1080 / 14789450.2019.1601561 . ISSN 1478-9450 . PMID 30925852 . S2CID 88474614 .   
  4. ^ Круз, Иса Н .; Coley, Helen M .; Kramer, Holger B .; Мадхури, Тумулуру Кавита; Сафуван, Нур а. М .; Анджелино, Ана Рита; Ян, Мин (2017-01-01). «Протеомический анализ клеточных линий и тканей рака яичников выявляет белки, связанные с лекарственной устойчивостью» . Геномика рака - Протеомика . 14 (1): 35–51. DOI : 10,21873 / cgp.20017 . ISSN 1109-6535 . PMC 5267499 . PMID 28031236 .   
  5. ^ Гейгер, Тамар; Венер, Аня; Шааб, Кристоф; Кокс, Юрген; Манн, Матиас (март 2012 г.). «Сравнительный протеомный анализ одиннадцати общих клеточных линий показывает повсеместную, но различающуюся экспрессию большинства белков» . Молекулярная и клеточная протеомика . 11 (3): M111.014050. DOI : 10.1074 / mcp.M111.014050 . ISSN 1535-9476 . PMC 3316730 . PMID 22278370 .   
  6. ^ Пэн, Син-Чен; Гун, Фэн-Мин; Вэй, Мэн; Чен, Си; Чен, Е; Ченг, Кэ; Гао, Фэн; Сюй, Фэн; Би, Фэн; Лю, Цзи-Ян (декабрь 2010 г.). «Протеомный анализ клеточных линий для определения белков устойчивости к иринотекану». Журнал биологических наук . 35 (4): 557–564. DOI : 10.1007 / s12038-010-0064-9 . ISSN 0250-5991 . PMID 21289438 . S2CID 6082637 .   
  7. ^ Чен, Ян; Барат, Бидиша; Рэй, В. Кейт; Хелм, Ричард Ф .; Мелвилл, Стивен Б .; Попхэм, Дэвид Л. (2019-03-15). «Мембранные протеомы и переносчики ионов в Bacillus anthracis и Bacillus subtilis в покоящихся и прорастающих спорах» . Журнал бактериологии . 201 (6). DOI : 10.1128 / JB.00662-18 . ISSN 0021-9193 . PMC 6398275 . PMID 30602489 .   
  8. Перейти ↑ Wilkins, Marc (декабрь 2009 г.). «Протеомический анализ данных». Экспертный обзор протеомики . Англия . 6 (6): 599–603. DOI : 10.1586 / epr.09.81 . PMID 19929606 . S2CID 207211912 .  
  9. ^ Wasinger ВК, Cordwell SJ, Cerpa-Poljak А, Ян JX, Gooley А.А., Уилкинс М.Р., Дункан МВт, Харрис R, Williams KL, Humphery-Смит I (1995). «Прогресс в картировании генных продуктов Mollicutes: Mycoplasma genitalium». Электрофорез . 16 (1): 1090–94. DOI : 10.1002 / elps.11501601185 . PMID 7498152 . S2CID 9269742 .  
  10. ^ «UniProt: центр информации о белках» . Исследования нуклеиновых кислот . 43 (D1): D204 – D212. 2014. doi : 10.1093 / nar / gku989 . ISSN 0305-1048 . PMC 4384041 . PMID 25348405 .   
  11. ↑ Козловский, LP (26 октября 2016 г.). "Протеом- pI : база данных изоэлектрических точек протеома" . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (D1): D1112 – D1116. DOI : 10.1093 / NAR / gkw978 . PMC 5210655 . PMID 27789699 .  
  12. ^ a b Пономаренко, Елена А .; Поверенная, Екатерина В .; Ильгисонис, Екатерина В .; Пятницкий, Михаил А .; Копылов, Артур Т .; Згода, Виктор Г .; Лисица, Андрей В .; Арчаков, Александр Иванович (2016). «Размер протеома человека: ширина и глубина» . Международный журнал аналитической химии . 2016 : 7436849. дои : 10,1155 / 2016/7436849 . ISSN 1687-8760 . PMC 4889822 . PMID 27298622 .   
  13. ^ Пердигао, Нельсон; и другие. (2015). «Неожиданные свойства темного протеома» . PNAS . 112 (52): 15898–15903. Bibcode : 2015PNAS..11215898P . DOI : 10.1073 / pnas.1508380112 . PMC 4702990 . PMID 26578815 .  
  14. ^ Адхикари, S (октябрь 2020). «Строгий план протеома человека» . Nature Communications . 11 (1): 5301. DOI : 10.1038 / s41467-020-19045-9 . PMC 7568584 . PMID 33067450 .  
  15. ^ Altelaar, AF; Муньос, Дж; Heck, AJ (январь 2013 г.). «Протеомика нового поколения: к интегративному взгляду на динамику протеома». Природа Обзоры Генетики . 14 (1): 35–48. DOI : 10.1038 / nrg3356 . PMID 23207911 . S2CID 10248311 .  
  16. ^ Вильгельм, Матиас; Шлегль, Юдифь; Ханне, Ханнес; Голами, Амин Могхаддас; Либеренц, Маркус; Савицкий, Михаил М .; Зиглер, Эмануэль; Бутцманн, Ларс; Гессулат, Зигфрид; Маркс, Харальд; Мэтисон, Тоби; Лемеер, Симона; Шнатбаум, Карстен; Реймер, Ульф; Веншу, Хольгер; Молленхауэр, Мартин; Слотта-Хуспенина Юлия; Бозе, Джоос-Хендрик; Банчефф, Маркус; Герстмаир, Аня; Фаербер, Франц; Кустер, Бернхард (2014). «Проект протеома человека на основе масс-спектрометрии» . Природа . 509 (7502): 582–7. Bibcode : 2014Natur.509..582W . DOI : 10,1038 / природа13319 . PMID 24870543 . S2CID 4467721  .
  17. ^ Ким, Мин-Сик; и другие. (Май 2014 г.). «Эскизная карта протеома человека» . Природа . 509 (7502): 575–81. Bibcode : 2014Natur.509..575K . DOI : 10,1038 / природа13302 . PMC 4403737 . PMID 24870542 .  
  18. ^ Ши, Ян; Сян, Ронг; Хорват, Чаба; Уилкинс, Джеймс А. (2004-10-22). «Роль жидкостной хроматографии в протеомике». Журнал хроматографии A . Биоаналитическая химия: перспективы и последние достижения с признанием Барри Л. Каргера. 1053 (1): 27–36. DOI : 10.1016 / j.chroma.2004.07.044 . ISSN 0021-9673 . PMID 15543969 .  
  19. ^ "Pull-Down Assays - США" . www.thermofisher.com . Проверено 5 декабря 2019 .

Внешние ссылки [ править ]

  • База данных PIR
  • База данных UniProt
  • База данных Pfam в веб-архивах Библиотеки Конгресса (архивировано 06 мая 2011 г.)