Основы биоинформатики - Огурцов А.Н. 2013

Основания биоинформатики
Геномы и протеомы
Протеомика

Протеомика занимается каталогизацией и анализом белков с целью установления:

1) в каком состоянии (и на каком этапе жизненного цикла) клетки экспрессируется данный белок;

2) в каком количестве синтезируется данный белок;

3) с какими другими белками может взаимодействовать данный белок.

Термин "протеомика" относится ко всем белкам, которые экспрессируются геномом. Это систематический анализ профилей экспрессии белков, синтезирующихся в различных тканях всего организма.

Слово "протеом" означает белки, производимые данным биологическим видом в определённое время.

Протеом изменяется с течением времени и определяется как совокупность белков отдельного образца или экземпляра (ткань, организм, клеточная культура) в определённый момент времени. Протеомика, таким образом, отражает биологическую активность генома в динамике.

Протеомику подразделяют на

✵ выразительную протеомику — изучение глобальных изменений в экспрессии (выражении) белков;

✵ цитокартографическую протеомику - систематическое изучение взаимодействий между белками путём выделения белковых комплексов.

В последнее время наблюдается всё возрастающий интерес к протеомике. Это связано с тем, что информация, полученная при расшифровке последовательности ДНК, отображает статическую генетическую информацию клетки, а жизнь клетки есть динамический процесс.

Состав белков, экспрессируемых организмом, изменяется во время роста, болезни и смерти клеток и тканей.

Протеомика систематизирует и описывает белки, сравнивает изменения в уровнях их экспрессии в здоровых и больных тканях, изучает их взаимодействия и определяет их функциональную роль.

Протеомика начинается с выделения функционально видоизмененного белка и кончается определением гена, ответственного за экспрессию этого белка.

Цели протеомики следующие:

1) определить все белки протеома;

2) расшифровать последовательность каждого белка и внести полученные данные в базы данных;

3) провести общий анализ уровней экспрессии белков в клетках разных типов и на разных стадиях их развития.

Протеомику разделяют на структурную и функциональную протеомику.

Структурная протеомика, или экспрессия белков, измеряет число и типы белков, присутствующих в здоровых и больных (или в "диких" и мутантных) клетках.

Этот подход полезен при определении структуры клеточных белков. Некоторые из этих белков могут оказаться мишенями для новых лекарственных препаратов.

Функциональная протеомика занимается изучением биологических функций белков.

Исследование протеома проводится в три этапа.

1. Разделение смеси белков с помощью двумерного (2D) электрофореза в полиакриламидном геле.

2. Определение отдельных очищенных от геля белков посредством масс-спектрометрии или секвенирования с N-конца.

3. Хранение, обработка и сравнение полученных данных с помощью методов биоинформатики.

В постгеномную эру значение протеомики состоит в том, что именно методами протеомики исследуются экспрессия и функции генов, открытых методами геномики.

Дифференциальная демонстративная протеомика, предметом которой является сравнение уровней экспрессии белка, используется в лечении широкого спектра заболеваний.

Часто бывает довольно трудно предсказать функцию белка на основании его гомологии с другими белками или даже по его трёхмерной структуре, поэтому именно функциональный анализ методами протеомики определяет компоненты сложных белковых комплексов.

Протеомика играет важную роль также в открытии и разработке лекарственных препаратов - за счёт описания болезненного процесса путём непосредственного отыскания наборов белков (путей или групп), совокупность которых (последовательное или одновременное действие которых) вызывает болезнь.

Протеомику можно рассматривать как основанный на принципе массового разделения метод молекулярной биологии, регистрирующий общее распределение белков в клетках, с целью определить и охарактеризовать отдельные целевые белки и, в конечном счёте, объяснить их взаимодействия и функциональные роли.

Такой прямой анализ на белковом уровне необходим, поскольку результаты исследования генов, проводимого методами геномики, не позволяют предсказывать структуру белков и динамику их экспрессии. А именно на уровне белков происходит основная доля регуляторных процессов, на этом же уровне в основном протекают болезнетворные процессы и здесь же может быть найдена большая часть мишеней для медикаментозного воздействия.