Tento blogový příspěvek zkoumá z pohledu omického výzkumu, jak se mění proteinové kombinace s diferenciací buněk a jak tyto změny souvisejí s funkcemi biologických systémů a nástupem onemocnění.
Jedním z klíčových slov v moderních biologických vědách je omika. Na rozdíl od dřívějšího výzkumu v oblasti biologických věd zaměřeného na analýzu funkce a struktury jednotlivých genů a proteinů zahrnuje omika koncepty jako genomika (studium celé sady genů neboli genomu v organismu nebo buňce), transkriptomika (studium celé sady RNA neboli transkriptomu) a proteomika (studium celé sady proteinů neboli proteomu).
Podle teorie molekulární biologie se pouze část genetické informace obsažené v DNA přepisuje do RNA a pouze část této RNA se překládá do proteinu. Genom specifického biologického systému, jako je organismus nebo buňka, obsahuje kompletní genetickou informaci pro všechny funkce, které je tento systém schopen vykonávat. Genom lidského systému a genom jiného systému, například lidské jaterní buňky, obsahují stejnou informaci. Genomy lidské jaterní buňky a myší jaterní buňky však obsahují odlišné informace. Transkriptom obsahuje informace o funkčních aktivitách, které se s největší pravděpodobností aktuálně provádějí z genomových informací, a proteom jako součást transkriptomu představuje informace o funkčních aktivitách, které se skutečně provádějí. Látky, které přímo vykonávají základní „práci“ v živých organismech, jako je katalýza biochemických reakcí, jsou proteiny, které tvoří proteom.
Lidé vlastní přes 20 000 odlišných proteinů a lidské buňky, v závislosti na svém typu, obsahují různé kombinace těchto proteinů. To znamená, že zatímco některé proteiny se běžně nacházejí v kožních buňkách, nervových buňkách, svalových buňkách atd., jiné proteiny se nacházejí pouze ve specifických typech buněk. Buňky procházejí procesem zvaným diferenciace, kdy se jeden typ buněk transformuje na jiný v reakci na vnější podněty nebo inherentní program. Když se buňky mění diferenciací, mění se také kombinace proteinů, které obsahují. Zatímco buněčná diferenciace je prominentně pozorována během individuálního vývoje, proces, kterým se normální buňky transformují na rakovinné buňky, lze také chápat jako proces diferenciace.
Uvažujme případ, kdy je výzkum založený na proteomice aplikován na rakovinné buňky pacienta a normální buňky. Porovnání proteomů rakovinných buněk a normálních buněk umožňuje identifikaci proteinů, jejichž hladiny se v rakovinných buňkách změnily ve srovnání s normálními buňkami. Vědci identifikují tyto proteiny jako potenciální nové terapeutické cíle pro léčbu rakoviny a pokračují v jejich výzkumu. Proteiny, jejichž hladiny jsou v rakovinných buňkách zvýšené ve srovnání s normálními buňkami, mohou být kandidáty na onkogeny, zatímco proteiny, jejichž hladiny jsou v rakovinných buňkách ve srovnání s normálními buňkami snížené, mohou být kandidáty na tumor-supresorové proteiny.
Jak tedy probíhá proces identifikace, které z více než 20 000 lidských proteinů tyto objevené proteiny tvoří? Proteiny se skládají z 20 typů aminokyselin spojených v lineární sekvenci, přičemž každý protein má v průměru asi 500 aminokyselin. Vzhledem k tomu, že různé proteiny mají různé aminokyselinové sekvence, znalost aminokyselinové sekvence specifického proteinu umožňuje určit jeho identitu.
Existuje několik experimentálních metod pro stanovení aminokyselinové sekvence proteinu, jednou z nich je analýza molekulové hmotnosti peptidů. Ta zahrnuje ošetření neznámého proteinu trypsinem za účelem jeho štěpení na peptidy – fragmenty o průměrné délce asi 10 aminokyselin – a následné měření molekulové hmotnosti každého peptidu. Protože trypsin rozpoznává specifické aminokyseliny pro štěpení, je možné předpovědět, kde k štěpení mezi aminokyselinami dojde. Data proteomické analýzy jsou skutečně prezentována numericky jako hodnoty molekulové hmotnosti peptidů a relativní množství peptidů. Vzhledem k tomu, že aminokyselinové sekvence a molekulové hmotnosti všech lidských proteinů jsou již známy, lze výsledky analýzy molekulové hmotnosti peptidů získané ošetřením proteomů rakovinných buněk a normálních buněk trypsinem použít k identifikaci kandidátních terapeutických cílových proteinů.
