Αυτή η ανάρτηση ιστολογίου εξετάζει, από την οπτική γωνία της έρευνας της ομικής, πώς αλλάζουν οι συνδυασμοί πρωτεϊνών καθώς τα κύτταρα διαφοροποιούνται και πώς αυτές οι αλλαγές σχετίζονται με τις λειτουργίες των βιολογικών συστημάτων και την εμφάνιση ασθενειών.
Μία από τις βασικές λέξεις-κλειδιά στις σύγχρονες βιοεπιστήμες είναι η ομική. Σε αντίθεση με την προηγούμενη έρευνα στις βιοεπιστήμες που επικεντρώθηκε στην ανάλυση της λειτουργίας και της δομής μεμονωμένων γονιδίων και πρωτεϊνών, η ομική περιλαμβάνει έννοιες όπως η γονιδιωματική (μελέτη ολόκληρου του συνόλου των γονιδίων, ή γονιδιώματος, σε έναν οργανισμό ή κύτταρο), η μεταγραφωμική (μελέτη ολόκληρου του συνόλου του RNA, ή μεταγραφώματος) και η πρωτεωμική (μελέτη ολόκληρου του συνόλου των πρωτεϊνών, ή πρωτεώματος).
Σύμφωνα με τη θεωρία της μοριακής βιολογίας, μόνο ένα μέρος των γενετικών πληροφοριών που περιέχονται στο DNA μεταγράφεται σε RNA και μόνο ένα μέρος αυτού του RNA μεταφράζεται σε πρωτεΐνη. Το γονιδίωμα ενός συγκεκριμένου βιολογικού συστήματος, όπως ένας οργανισμός ή ένα κύτταρο, περιέχει την πλήρη γενετική πληροφορία για όλες τις λειτουργίες που είναι ικανό να εκτελέσει αυτό το σύστημα. Το γονιδίωμα του ανθρώπινου συστήματος και το γονιδίωμα ενός άλλου συστήματος, όπως ένα ανθρώπινο ηπατικό κύτταρο, περιέχουν τις ίδιες πληροφορίες. Ωστόσο, τα γονιδιώματα ενός ανθρώπινου ηπατικού κυττάρου και ενός ηπατικού κυττάρου ποντικού περιέχουν το καθένα ξεχωριστές πληροφορίες. Εν τω μεταξύ, το μεταγραφώμα περιέχει πληροφορίες σχετικά με τις λειτουργικές δραστηριότητες που πιθανότατα εκτελούνται αυτήν τη στιγμή από τις γονιδιωματικές πληροφορίες και το πρωτέωμα, ως μέρος του μεταγραφώματος, αντιπροσωπεύει πληροφορίες σχετικά με τις λειτουργικές δραστηριότητες που εκτελούνται στην πραγματικότητα. Οι ουσίες που εκτελούν άμεσα ουσιαστική «εργασία» σε ζωντανούς οργανισμούς, όπως η κατάλυση βιοχημικών αντιδράσεων, είναι οι πρωτεΐνες που αποτελούν το πρωτέωμα.
Οι άνθρωποι διαθέτουν πάνω από 20,000 διακριτές πρωτεΐνες και τα ανθρώπινα κύτταρα, ανάλογα με τον τύπο τους, διαθέτουν διαφορετικούς συνδυασμούς αυτών των πρωτεϊνών. Δηλαδή, ενώ ορισμένες πρωτεΐνες βρίσκονται συνήθως σε κύτταρα του δέρματος, νευρικά κύτταρα, μυϊκά κύτταρα κ.λπ., άλλες πρωτεΐνες βρίσκονται μόνο σε συγκεκριμένους τύπους κυττάρων. Τα κύτταρα υφίστανται μια διαδικασία που ονομάζεται διαφοροποίηση, όπου ένας τύπος κυττάρου μετασχηματίζεται σε έναν άλλο ως απόκριση σε εξωτερικά ερεθίσματα ή σε ένα εγγενές πρόγραμμα. Όταν τα κύτταρα αλλάζουν μέσω διαφοροποίησης, αλλάζει και ο συνδυασμός πρωτεϊνών που διαθέτουν. Ενώ η διαφοροποίηση των κυττάρων παρατηρείται εμφανώς κατά την ατομική ανάπτυξη, η διαδικασία με την οποία τα φυσιολογικά κύτταρα μετασχηματίζονται σε καρκινικά κύτταρα μπορεί επίσης να γίνει κατανοητή ως διαδικασία διαφοροποίησης.
Ας εξετάσουμε μια περίπτωση όπου η έρευνα που βασίζεται στην πρωτεωμική εφαρμόζεται στα καρκινικά κύτταρα και στα φυσιολογικά κύτταρα ενός ασθενούς. Η σύγκριση των πρωτεωμάτων των καρκινικών κυττάρων και των φυσιολογικών κυττάρων επιτρέπει την αναγνώριση πρωτεϊνών των οποίων τα επίπεδα έχουν αλλάξει στα καρκινικά κύτταρα σε σχέση με τα φυσιολογικά κύτταρα. Οι επιστήμονες αναγνωρίζουν αυτές τις πρωτεΐνες ως πιθανούς νέους θεραπευτικούς στόχους για τη θεραπεία του καρκίνου και συνεχίζουν την έρευνα πάνω σε αυτές. Οι πρωτεΐνες των οποίων τα επίπεδα είναι αυξημένα στα καρκινικά κύτταρα σε σύγκριση με τα φυσιολογικά κύτταρα μπορούν να είναι υποψήφιες για ογκογονίδια, ενώ οι πρωτεΐνες των οποίων τα επίπεδα είναι μειωμένα στα καρκινικά κύτταρα σε σύγκριση με τα φυσιολογικά κύτταρα μπορούν να είναι υποψήφιες για πρωτεΐνες καταστολής όγκων.
Πώς, λοιπόν, γίνεται η διαδικασία ταυτοποίησης ποιες από τις πάνω από 20,000 ανθρώπινες πρωτεΐνες που έχουν ανακαλυφθεί μεταφέρονται; Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από 20 τύπους αμινοξέων που συνδέονται σε μια γραμμική αλληλουχία, με κάθε πρωτεΐνη να έχει κατά μέσο όρο περίπου 500 αμινοξέα. Δεδομένου ότι διαφορετικές πρωτεΐνες έχουν διαφορετικές αλληλουχίες αμινοξέων, η γνώση της αλληλουχίας αμινοξέων μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης επιτρέπει τον προσδιορισμό της ταυτότητάς της.
Υπάρχουν αρκετές πειραματικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό της αλληλουχίας αμινοξέων μιας πρωτεΐνης, μία από τις οποίες είναι η ανάλυση μοριακού βάρους πεπτιδίων. Αυτή περιλαμβάνει την επεξεργασία μιας άγνωστης πρωτεΐνης με θρυψίνη για τη διάσπασή της σε πεπτίδια - θραύσματα με μέσο όρο περίπου 10 αμινοξέα - και στη συνέχεια τη μέτρηση του μοριακού βάρους κάθε πεπτιδίου. Δεδομένου ότι η θρυψίνη αναγνωρίζει συγκεκριμένα αμινοξέα για διάσπαση, είναι δυνατό να προβλεφθεί πού θα γίνει η διάσπαση μεταξύ των αμινοξέων. Πράγματι, τα δεδομένα πρωτεωμικής ανάλυσης παρουσιάζονται αριθμητικά ως τιμές μοριακού βάρους πεπτιδίων και η σχετική αφθονία πεπτιδίων. Δεδομένου ότι οι αλληλουχίες αμινοξέων και τα μοριακά βάρη όλων των ανθρώπινων πρωτεϊνών είναι ήδη γνωστά, τα αποτελέσματα της ανάλυσης μοριακού βάρους των πεπτιδίων που λαμβάνονται με την επεξεργασία των πρωτεωμάτων καρκινικών κυττάρων και φυσιολογικών κυττάρων με θρυψίνη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό υποψήφιων θεραπευτικών πρωτεϊνών-στόχων.
