Ovaj blog post ispituje, iz perspektive omik istraživanja, kako se kombinacije proteina mijenjaju kako se stanice diferenciraju i kako su te promjene povezane s funkcijama bioloških sustava i pojavom bolesti.
Jedna od ključnih riječi u modernim znanostima o životu je omika. Za razliku od prošlih istraživanja znanosti o životu usmjerenih na analizu funkcije i strukture pojedinačnih gena i proteina, omika obuhvaća koncepte poput genomike (proučavanje cijelog skupa gena, ili genoma, u organizmu ili stanici), transkriptomike (proučavanje cijelog skupa RNA, ili transkriptoma) i proteomike (proučavanje cijelog skupa proteina, ili proteoma).
Prema teoriji molekularne biologije, samo dio genetskih informacija sadržanih u DNK transkribira se u RNK, a samo dio te RNK prevodi se u protein. Genom specifičnog biološkog sustava, poput organizma ili stanice, sadrži potpune genetske informacije za sve funkcije koje taj sustav može obavljati. Genom ljudskog sustava i genom drugog sustava, poput ljudske stanice jetre, sadrže iste informacije. Međutim, genomi ljudske stanice jetre i mišje stanice jetre sadrže različite informacije. U međuvremenu, transkriptom sadrži informacije o funkcionalnim aktivnostima koje se najvjerojatnije trenutno obavljaju iz genomskih informacija, a proteom, kao dio transkriptoma, predstavlja informacije o funkcionalnim aktivnostima koje se stvarno obavljaju. Tvari koje izravno obavljaju bitan 'posao' u živim organizmima, poput kataliziranja biokemijskih reakcija, su proteini koji čine proteom.
Ljudi posjeduju preko 20 000 različitih proteina, a ljudske stanice, ovisno o vrsti, posjeduju različite kombinacije tih proteina. To jest, dok se neki proteini obično nalaze u stanicama kože, živčanim stanicama, mišićnim stanicama itd., drugi se proteini nalaze samo u određenim vrstama stanica. Stanice prolaze kroz proces koji se naziva diferencijacija, gdje se jedna vrsta stanice transformira u drugu kao odgovor na vanjske podražaje ili inherentni program. Kada se stanice promijene kroz diferencijaciju, mijenja se i kombinacija proteina koju posjeduju. Dok se diferencijacija stanica istaknuto opaža tijekom individualnog razvoja, proces kojim se normalne stanice transformiraju u stanice raka također se može shvatiti kao proces diferencijacije.
Razmotrimo slučaj u kojem se istraživanje temeljeno na proteomici primjenjuje na stanice raka pacijenta i normalne stanice. Usporedba proteoma stanica raka i normalnih stanica omogućuje identifikaciju proteina čije su se razine promijenile u stanicama raka u odnosu na normalne stanice. Znanstvenici identificiraju ove proteine kao potencijalne nove terapijske ciljeve za liječenje raka i provode istraživanja na njima. Proteini čije su razine povećane u stanicama raka u usporedbi s normalnim stanicama mogu biti kandidati za onkogene, dok proteini čije su razine smanjene u stanicama raka u usporedbi s normalnim stanicama mogu biti kandidati za proteine supresore tumora.
Kako se onda identificira koji od preko 20 000 ljudskih proteina sadrže ove otkrivene proteine? Proteini se sastoje od 20 vrsta aminokiselina povezanih u linearnom slijedu, pri čemu svaki protein u prosjeku ima oko 500 aminokiselina. Budući da različiti proteini imaju različite aminokiselinske slijedove, poznavanje aminokiselinskog slijeda određenog proteina omogućuje određivanje njegovog identiteta.
Postoji nekoliko eksperimentalnih metoda za određivanje aminokiselinske sekvence proteina, a jedna od njih je analiza molekularne težine peptida. To uključuje tretiranje nepoznatog proteina tripsinom kako bi se cijepao na peptide - fragmente koji u prosjeku imaju oko 10 aminokiselina - a zatim mjerenje molekularne težine svakog peptida. Budući da tripsin prepoznaje specifične aminokiseline za cijepanje, moguće je predvidjeti gdje će se cijepanje dogoditi između aminokiselina. Doista, podaci proteomske analize numerički se prikazuju kao vrijednosti molekularne težine peptida i relativna zastupljenost peptida. Budući da su aminokiselinske sekvence i molekularne težine svih ljudskih proteina već poznate, rezultati analize molekularne težine peptida dobiveni tretiranjem proteoma stanica raka i normalnih stanica tripsinom mogu se koristiti za identifikaciju kandidata za terapijske ciljne proteine.
