Ta objava na blogu z vidika omik raziskav preučuje, kako se kombinacije beljakovin spreminjajo med diferenciacijo celic in kako so te spremembe povezane s funkcijami bioloških sistemov in nastopom bolezni.
Ena od ključnih ključnih besed v sodobnih znanostih o življenju je omika. Za razliko od preteklih raziskav znanosti o življenju, osredotočenih na analizo delovanja in strukture posameznih genov in beljakovin, omika zajema koncepte, kot so genomika (preučevanje celotnega nabora genov oziroma genoma v organizmu ali celici), transkriptomika (preučevanje celotnega nabora RNK oziroma transkriptoma) in proteomika (preučevanje celotnega nabora beljakovin oziroma proteoma).
V skladu s teorijo molekularne biologije se le del genetskih informacij, ki jih vsebuje DNK, prepiše v RNK, le del te RNK pa se prevede v beljakovine. Genom določenega biološkega sistema, kot je organizem ali celica, vsebuje vse genetske informacije za vse funkcije, ki jih ta sistem lahko opravlja. Genom človeškega sistema in genom drugega sistema, kot je človeška jetrna celica, vsebujeta iste informacije. Vendar pa genoma človeške jetrne celice in mišje jetrne celice vsebujeta vsak svojo informacijo. Medtem transkriptom vsebuje informacije o funkcionalnih aktivnostih, ki se najverjetneje trenutno izvajajo na podlagi genomskih informacij, proteom pa kot del transkriptoma predstavlja informacije o funkcionalnih aktivnostih, ki se dejansko izvajajo. Snovi, ki neposredno opravljajo bistveno "delo" v živih organizmih, kot je kataliziranje biokemijskih reakcij, so beljakovine, ki sestavljajo proteom.
Ljudje imamo več kot 20,000 različnih beljakovin, človeške celice pa imajo, odvisno od vrste, različne kombinacije teh beljakovin. To pomeni, da nekatere beljakovine običajno najdemo v kožnih celicah, živčnih celicah, mišičnih celicah itd., druge pa le v določenih vrstah celic. Celice so podvržene procesu, imenovanemu diferenciacija, kjer se ena vrsta celic kot odziv na zunanje dražljaje ali prirojeni program preoblikuje v drugo. Ko se celice spremenijo z diferenciacijo, se spremeni tudi kombinacija beljakovin, ki jih imajo. Medtem ko je diferenciacija celic opazna med individualnim razvojem, lahko tudi proces, s katerim se normalne celice preoblikujejo v rakave celice, razumemo kot proces diferenciacije.
Razmislimo o primeru, ko se raziskave, ki temeljijo na proteomiki, uporabljajo za pacientove rakave in normalne celice. Primerjava proteomov rakavih in normalnih celic omogoča identifikacijo beljakovin, katerih ravni so se v rakavih celicah spremenile v primerjavi z normalnimi celicami. Znanstveniki te beljakovine prepoznavajo kot potencialne nove terapevtske tarče za zdravljenje raka in nadaljujejo z raziskavami na njih. Beljakovine, katerih ravni so v rakavih celicah povečane v primerjavi z normalnimi celicami, so lahko kandidati za onkogene, medtem ko so beljakovine, katerih ravni so v rakavih celicah zmanjšane v primerjavi z normalnimi celicami, lahko kandidati za beljakovine, ki zavirajo tumorje.
Kako torej poteka postopek identifikacije, kateri od več kot 20,000 človeških proteinov so ti odkriti proteini? Beljakovine so sestavljene iz 20 vrst aminokislin, povezanih v linearno zaporedje, pri čemer ima vsak protein v povprečju približno 500 aminokislin. Ker imajo različni proteini različna zaporedja aminokislin, nam poznavanje zaporedja aminokislin določenega proteina omogoča določitev njegove identitete.
Obstaja več eksperimentalnih metod za določanje aminokislinskega zaporedja beljakovin, ena od njih je analiza molekulske mase peptidov. Ta vključuje obdelavo neznane beljakovine s tripsinom, da se cepi na peptide – fragmente s povprečno približno 10 aminokislinami – in nato merjenje molekulske mase vsakega peptida. Ker tripsin prepozna specifične aminokisline za cepitev, je mogoče napovedati, kje bo prišlo do cepitve med aminokislinami. Podatki proteomske analize so dejansko numerično predstavljeni kot vrednosti molekulske mase peptidov in relativna abundanca peptidov. Ker so aminokislinska zaporedja in molekulske mase vseh človeških beljakovin že znane, se lahko rezultati analize molekulske mase peptidov, pridobljeni z obdelavo proteomov rakavih celic in normalnih celic s tripsinom, uporabijo za identifikacijo kandidatnih terapevtskih ciljnih beljakovin.
