Ez a blogbejegyzés az omika kutatásának szemszögéből vizsgálja, hogyan változnak a fehérjekombinációk a sejtek differenciálódásával, és hogyan kapcsolódnak ezek a változások a biológiai rendszerek működéséhez és a betegségek kialakulásához.
A modern élettudományok egyik alapvető kulcsszava az omika. A korábbi, az egyes gének és fehérjék funkciójának és szerkezetének elemzésére összpontosító élettudományi kutatásokkal ellentétben az omika olyan fogalmakat foglal magában, mint a genomika (egy szervezet vagy sejt teljes génkészletének, vagyis genomjának vizsgálata), a transzkriptomika (a teljes RNS-készlet, vagyis transzkriptom vizsgálata) és a proteomika (a teljes fehérjekészlet, vagyis proteom vizsgálata).
A molekuláris biológiai elmélet szerint a DNS-ben található genetikai információnak csak egy része íródik át RNS-sé, és ennek az RNS-nek is csak egy része fordítódik le fehérjévé. Egy adott biológiai rendszer, például egy élőlény vagy egy sejt genomja tartalmazza a teljes genetikai információt az összes olyan funkcióról, amelyet az adott rendszer képes ellátni. Az emberi rendszer genomja és egy másik rendszer, például egy emberi májsejt genomja ugyanazt az információt tartalmazza. Azonban egy emberi májsejt és egy egér májsejt genomja eltérő információkat tartalmaz. Eközben a transzkriptom a genomikus információ alapján valószínűleg aktuálisan végzett funkcionális tevékenységekről tartalmaz információt, a proteom pedig a transzkriptom részeként a ténylegesen végzett funkcionális tevékenységekről szóló információt képvisel. Az élő szervezetekben közvetlenül alapvető „munkát” végző anyagok, például a biokémiai reakciók katalizálása, a proteomot alkotó fehérjék.
Az emberek több mint 20 000 különböző fehérjével rendelkeznek, és az emberi sejtek típusuktól függően ezen fehérjék különböző kombinációit tartalmazzák. Vagyis míg egyes fehérjék általában megtalálhatók a bőrsejtekben, idegsejtekben, izomsejtekben stb., más fehérjék csak bizonyos sejttípusokban találhatók meg. A sejtek egy differenciálódásnak nevezett folyamaton mennek keresztül, ahol az egyik sejttípus külső ingerekre vagy egy inherens programra reagálva átalakul egy másikká. Amikor a sejtek a differenciálódás révén megváltoznak, a bennük lévő fehérjék kombinációja is megváltozik. Míg a sejtek differenciálódása az egyedfejlődés során kiemelkedően megfigyelhető, a normál sejtek rákos sejtekké alakulásának folyamata is differenciálódási folyamatként értelmezhető.
Vegyünk egy olyan esetet, amikor proteomikai alapú kutatást alkalmaznak egy beteg rákos és normál sejtjein. A rákos sejtek és a normál sejtek proteomjainak összehasonlítása lehetővé teszi azon fehérjék azonosítását, amelyek szintje megváltozott a rákos sejtekben a normál sejtekhez képest. A tudósok ezeket a fehérjéket potenciális új terápiás célpontokként azonosítják a rákkezelésben, és kutatásokat folytatnak velük kapcsolatban. Azok a fehérjék, amelyek szintje a rákos sejtekben megnövekedett a normál sejtekhez képest, onkogén jelöltek lehetnek, míg azok a fehérjék, amelyek szintje a rákos sejtekben csökkent a normál sejtekhez képest, tumorszupresszor fehérjék jelöltek lehetnek.
Hogyan azonosítják tehát a több mint 20 000 emberi fehérje közül melyek ezek? A fehérjék 20-féle aminosavból állnak, amelyek lineáris szekvenciában kapcsolódnak egymáshoz, és minden fehérje átlagosan körülbelül 500 aminosavat tartalmaz. Mivel a különböző fehérjék eltérő aminosav-szekvenciával rendelkeznek, egy adott fehérje aminosav-szekvenciájának ismerete lehetővé teszi annak azonosságának meghatározását.
Számos kísérleti módszer létezik egy fehérje aminosav-szekvenciájának meghatározására, ezek egyike a peptid molekulatömeg-analízis. Ez magában foglalja egy ismeretlen fehérje tripszinnel történő kezelését, hogy peptidekre – átlagosan körülbelül 10 aminosavból álló fragmensekre – hasítsa, majd megmérje az egyes peptidek molekulatömegét. Mivel a tripszin felismeri a hasításhoz szükséges specifikus aminosavakat, meg lehet jósolni, hogy hol fog bekövetkezni a hasítás az aminosavak között. Valójában a proteomikai analízis adatait numerikusan adják meg peptid molekulatömeg-értékekként és a peptidek relatív gyakoriságaként. Mivel az összes emberi fehérje aminosav-szekvenciája és molekulatömege már ismert, a rákos sejtek és a normál sejtek proteómáinak tripszinnel történő kezelésével kapott peptidek molekulatömeg-analízisének eredményei felhasználhatók a terápiás célfehérjék azonosítására.
