Tulisan blog ini mengkaji, dari perspektif penelitian omik, bagaimana kombinasi protein berubah saat sel berdiferensiasi dan bagaimana perubahan ini berhubungan dengan fungsi sistem biologis dan timbulnya penyakit.
Salah satu kata kunci inti dalam ilmu hayati modern adalah omik. Berbeda dengan penelitian ilmu hayati masa lalu yang berfokus pada analisis fungsi dan struktur gen dan protein individual, omik mencakup konsep-konsep seperti genomik (mempelajari keseluruhan rangkaian gen, atau genom, dalam suatu organisme atau sel), transkriptomik (mempelajari keseluruhan rangkaian RNA, atau transkriptom), dan proteomik (mempelajari keseluruhan rangkaian protein, atau proteom).
Menurut teori biologi molekuler, hanya sebagian informasi genetik yang terkandung dalam DNA yang ditranskripsi menjadi RNA, dan hanya sebagian RNA tersebut yang ditranslasi menjadi protein. Genom suatu sistem biologis tertentu, seperti organisme atau sel, menyimpan informasi genetik lengkap untuk semua fungsi yang dapat dilakukan oleh sistem tersebut. Genom sistem manusia dan genom sistem lain, seperti sel hati manusia, mengandung informasi yang sama. Namun, genom sel hati manusia dan sel hati tikus masing-masing mengandung informasi yang berbeda. Sementara itu, transkriptom mengandung informasi tentang aktivitas fungsional yang kemungkinan besar sedang dilakukan dari informasi genom, dan proteom, sebagai bagian dari transkriptom, mewakili informasi tentang aktivitas fungsional yang sebenarnya sedang dilakukan. Zat-zat yang secara langsung melakukan 'pekerjaan' esensial dalam organisme hidup, seperti mengkatalisis reaksi biokimia, adalah protein yang membentuk proteom.
Manusia memiliki lebih dari 20,000 protein yang berbeda, dan sel manusia, tergantung jenisnya, memiliki kombinasi protein yang berbeda-beda. Artinya, meskipun beberapa protein umumnya ditemukan pada sel kulit, sel saraf, sel otot, dll., protein lain hanya ditemukan pada jenis sel tertentu. Sel menjalani proses yang disebut diferensiasi, di mana satu jenis sel bertransformasi menjadi jenis sel lain sebagai respons terhadap rangsangan eksternal atau program bawaan. Ketika sel berubah melalui diferensiasi, kombinasi protein yang dimilikinya juga berubah. Meskipun diferensiasi sel terlihat jelas selama perkembangan individu, proses transformasi sel normal menjadi sel kanker juga dapat dipahami sebagai proses diferensiasi.
Pertimbangkan kasus di mana penelitian berbasis proteomik diterapkan pada sel kanker dan sel normal pasien. Membandingkan proteom sel kanker dan sel normal memungkinkan identifikasi protein yang kadarnya telah berubah dalam sel kanker dibandingkan dengan sel normal. Para ilmuwan mengidentifikasi protein-protein ini sebagai target terapi baru yang potensial untuk pengobatan kanker dan melakukan penelitian terhadapnya. Protein yang kadarnya meningkat dalam sel kanker dibandingkan dengan sel normal dapat menjadi kandidat onkogen, sementara protein yang kadarnya menurun dalam sel kanker dibandingkan dengan sel normal dapat menjadi kandidat protein penekan tumor.
Lalu, bagaimana proses identifikasi protein manusia yang ditemukan ini dilakukan? Protein terdiri dari 20 jenis asam amino yang terhubung dalam urutan linear, dengan masing-masing protein rata-rata mengandung sekitar 500 asam amino. Karena protein yang berbeda memiliki urutan asam amino yang berbeda, mengetahui urutan asam amino dari suatu protein tertentu memungkinkan identitasnya ditentukan.
Terdapat beberapa metode eksperimental untuk menentukan urutan asam amino suatu protein, salah satunya adalah analisis berat molekul peptida. Metode ini melibatkan perlakuan terhadap protein yang tidak diketahui dengan tripsin untuk memecahnya menjadi peptida—fragmen-fragmen yang rata-rata terdiri dari sekitar 10 asam amino—lalu mengukur berat molekul setiap peptida. Karena tripsin mengenali asam amino spesifik untuk dipecah, dimungkinkan untuk memprediksi lokasi pembelahan antar asam amino. Data analisis proteomik disajikan secara numerik sebagai nilai berat molekul peptida dan kelimpahan relatif peptida. Karena urutan asam amino dan berat molekul semua protein manusia telah diketahui, hasil analisis berat molekul peptida yang diperoleh dengan mengolah proteom sel kanker dan sel normal dengan tripsin dapat digunakan untuk mengidentifikasi kandidat protein target terapeutik.
