Esta entrada de blog examina, desde una perspectiva de investigación ómica, cómo cambian las combinaciones de proteínas a medida que las células se diferencian y cómo estos cambios se relacionan con las funciones de los sistemas biológicos y la aparición de enfermedades.
Una de las palabras clave fundamentales en las ciencias de la vida modernas es la ómica. A diferencia de la investigación en ciencias de la vida del pasado, centrada en el análisis de la función y la estructura de genes y proteínas individuales, la ómica abarca conceptos como la genómica (el estudio de todo el conjunto de genes, o genoma, en un organismo o célula), la transcriptómica (el estudio de todo el conjunto de ARN, o transcriptoma) y la proteómica (el estudio de todo el conjunto de proteínas, o proteoma).
Según la teoría de la biología molecular, solo una parte de la información genética contenida en el ADN se transcribe en ARN, y solo una parte de ese ARN se traduce en proteína. El genoma de un sistema biológico específico, como un organismo o una célula, contiene la información genética completa para todas las funciones que el sistema es capaz de realizar. El genoma del sistema humano y el genoma de otro sistema, como una célula hepática humana, contienen la misma información. Sin embargo, los genomas de una célula hepática humana y una célula hepática de ratón contienen cada uno información distinta. Mientras tanto, el transcriptoma contiene información sobre las actividades funcionales que probablemente se estén realizando actualmente a partir de la información genómica, y el proteoma, como parte del transcriptoma, representa información sobre las actividades funcionales que realmente se están realizando. Las sustancias que realizan directamente un "trabajo" esencial en los organismos vivos, como catalizar reacciones bioquímicas, son las proteínas que componen el proteoma.
Los seres humanos poseen más de 20,000 proteínas distintas, y las células humanas, según su tipo, poseen diferentes combinaciones de estas proteínas. Es decir, mientras que algunas proteínas se encuentran comúnmente en células de la piel, células nerviosas, células musculares, etc., otras proteínas se encuentran solo en tipos celulares específicos. Las células experimentan un proceso llamado diferenciación, donde un tipo celular se transforma en otro en respuesta a estímulos externos o a un programa inherente. Cuando las células cambian a través de la diferenciación, la combinación de proteínas que poseen también cambia. Si bien la diferenciación celular se observa prominentemente durante el desarrollo individual, el proceso por el cual las células normales se transforman en células cancerosas también puede entenderse como un proceso de diferenciación.
Consideremos un caso en el que se aplica investigación proteómica a las células cancerosas y normales de un paciente. La comparación de los proteomas de las células cancerosas y normales permite identificar proteínas cuyos niveles han cambiado en las células cancerosas en comparación con las normales. Los científicos identifican estas proteínas como posibles nuevas dianas terapéuticas para el tratamiento del cáncer y las investigan. Las proteínas cuyos niveles aumentan en las células cancerosas en comparación con las normales pueden ser candidatas a oncogenes, mientras que las proteínas cuyos niveles disminuyen en las células cancerosas en comparación con las normales pueden ser candidatas a proteínas supresoras de tumores.
¿Cómo se lleva a cabo el proceso de identificación de las más de 20,000 proteínas humanas de las que se han descubierto estas proteínas? Las proteínas constan de 20 tipos de aminoácidos unidos en una secuencia lineal, y cada proteína tiene un promedio de unos 500 aminoácidos. Dado que cada proteína tiene una secuencia de aminoácidos diferente, conocer la secuencia de aminoácidos de una proteína específica permite determinar su identidad.
Existen varios métodos experimentales para determinar la secuencia de aminoácidos de una proteína, uno de los cuales es el análisis del peso molecular de los péptidos. Este consiste en tratar una proteína desconocida con tripsina para escindirla en péptidos (fragmentos con un promedio de unos 10 aminoácidos) y luego medir el peso molecular de cada péptido. Dado que la tripsina reconoce aminoácidos específicos para la escisión, es posible predecir dónde ocurrirá la escisión entre aminoácidos. De hecho, los datos del análisis proteómico se presentan numéricamente como valores de peso molecular de los péptidos y la abundancia relativa de estos. Dado que las secuencias de aminoácidos y los pesos moleculares de todas las proteínas humanas ya se conocen, los resultados del análisis del peso molecular de los péptidos obtenidos mediante el tratamiento de los proteomas de células cancerosas y células normales con tripsina pueden utilizarse para identificar proteínas candidatas a dianas terapéuticas.
