17.5: Jenomu na Proteomics

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza mifumo ya biolojia
• Eleza proteome
• Eleza saini ya protini

Protini ni bidhaa za mwisho za jeni, ambazo husaidia kufanya kazi iliyosimbwa na jeni. Protini zinajumuisha amino asidi na hufanya majukumu muhimu katika kiini. Enzymes zote (isipokuwa ribozymes) ni protini zinazofanya kama kichocheo kuathiri kiwango cha athari. Protini pia ni molekuli za udhibiti, na baadhi ni homoni. Protini za usafiri, kama vile hemoglobin, husaidia kusafirisha oksijeni kwa viungo mbalimbali. Antibodies ambayo hutetea dhidi ya chembe za kigeni pia ni protini. Katika hali ya ugonjwa, kazi ya protini inaweza kuharibika kwa sababu ya mabadiliko katika kiwango cha maumbile au kwa sababu ya athari ya moja kwa moja kwenye protini maalum.

Proteome ni seti nzima ya protini zinazozalishwa na aina ya seli. Proteomes zinaweza kusomwa kwa kutumia ujuzi wa genomes kwa sababu jeni code kwa mRNAs, na mRNAs encode protini. Ingawa uchambuzi wa mRNA ni hatua katika mwelekeo sahihi, sio mRNAs zote zinatafsiriwa katika protini. Utafiti wa kazi ya proteomes huitwa proteomics. Proteomics inakamilisha genomics na ni muhimu wakati wanasayansi wanataka kupima nadharia zao zilizotegemea jeni. Japokuwa seli zote za kiumbe cha seli nyingi zina seti moja ya jeni, seti ya protini zinazozalishwa katika tishu tofauti ni tofauti na inategemea usemi wa jeni. Hivyo, genome ni mara kwa mara, lakini proteome inatofautiana na ina nguvu ndani ya kiumbe. Aidha, RNA inaweza alternately spliced (kata na pasted kujenga mchanganyiko riwaya na protini riwaya) na protini nyingi ni iliyopita baada ya tafsiri na taratibu kama vile proteolytic cleavage, phosphorylation, glycosylation, na ubiquitination. Pia kuna mwingiliano wa protini-protini, ambao unasumbua utafiti wa proteomes. Ingawa jenomu hutoa mwongozo, usanifu wa mwisho unategemea mambo kadhaa ambayo yanaweza kubadilisha maendeleo ya matukio yanayozalisha proteome.

Metabolomics inahusiana na genomics na proteomics. Metabolomics inahusisha utafiti wa metabolites ndogo ya molekuli iliyopatikana katika kiumbe. Metabolome ni seti kamili ya metabolites zinazohusiana na maumbile ya maumbile ya kiumbe. Metabolomics inatoa fursa ya kulinganisha babies maumbile na sifa za kimwili, pamoja na babies maumbile na mambo ya mazingira. Lengo la utafiti metabolome ni kutambua, quantify, na catalog yote ya metabolites kwamba ni kupatikana katika tishu na maji ya viumbe hai.

Mbinu za msingi katika Uchambuzi wa protini

Lengo kuu la proteomics ni kutambua au kulinganisha protini zilizoelezwa kutoka jenomu iliyotolewa chini ya hali maalum, kujifunza mwingiliano kati ya protini, na kutumia habari kutabiri tabia ya seli au kuendeleza malengo ya madawa ya kulevya. Kama vile jenomu inachambuliwa kwa kutumia mbinu ya msingi ya mpangilio wa DNA, proteomics inahitaji mbinu za uchambuzi wa protini. Mbinu ya msingi ya uchambuzi wa protini, sawa na mpangilio wa DNA, ni spectrometry ya molekuli. Spectrometry ya Misa hutumiwa kutambua na kuamua sifa za molekuli. Maendeleo katika spectrometry yamewawezesha watafiti kuchambua sampuli ndogo sana za protini. X-ray crystallography, kwa mfano, inawezesha wanasayansi kuamua muundo tatu-dimensional ya kioo protini katika azimio atomiki. Mbinu nyingine ya upigaji picha ya protini, resonance ya magnetic nyuklia (NMR), hutumia mali magnetic ya atomi kuamua muundo tatu-dimensional wa protini katika suluhisho la maji Microarrays za protini pia zimetumika kujifunza mwingiliano kati ya protini. Mabadiliko makubwa ya skrini ya msingi ya mseto mbili (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)) imetoa msingi wa microarrays za protini. Programu ya kompyuta hutumiwa kuchambua kiasi kikubwa cha data zinazozalishwa kwa ajili ya uchambuzi wa proteomiki.

Jenomiki- na proteomic wadogo uchambuzi ni sehemu ya mifumo ya biolojia. Biolojia ya mifumo ni utafiti wa mifumo yote ya kibiolojia (genomes na proteomes) inayotokana na mwingiliano ndani ya mfumo. Taasisi ya Bioinformatics ya Ulaya na Shirika la Binadamu Proteome (HUPO) zinaendeleza na kuanzisha zana bora za kutatua kupitia rundo kubwa la data za biolojia za mifumo. Kwa sababu protini ni bidhaa za moja kwa moja za jeni na zinaonyesha shughuli katika ngazi ya jenomu, ni kawaida kutumia proteomu kulinganisha maelezo ya protini ya seli mbalimbali ili kutambua protini na jeni zinazohusika katika michakato ya ugonjwa. Majaribio mengi ya madawa ya kulevya yanalenga protini. Taarifa zilizopatikana kutoka proteomics zinatumika kutambua dawa za riwaya na kuelewa utaratibu wao wa utekelezaji.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Uchunguzi wa mbili-mseto hutumiwa kuamua kama protini mbili zinaingiliana. Kwa njia hii, sababu ya transcription imegawanywa katika uwanja wa kisheria wa DNA (BD) na kikoa cha activator (AD). Kikoa cha kumfunga kinaweza kumfunga promoter kwa kutokuwepo kwa kikoa cha activator, lakini haina kugeuka kwenye transcription. Protini inayoitwa bait inaunganishwa na BD, na protini inayoitwa mawindo inaunganishwa na AD. Transcription hutokea tu ikiwa mawindo “hupata” bait.

Changamoto ya mbinu zinazotumiwa kwa uchambuzi wa proteomiki ni ugumu wa kuchunguza kiasi kidogo cha protini. Ingawa spectrometry ya molekuli ni nzuri kwa kuchunguza kiasi kidogo cha protini, tofauti katika kujieleza kwa protini katika majimbo ya wagonjwa inaweza kuwa vigumu kutambua. Protini ni molekuli isiyo imara, ambayo inafanya uchambuzi wa proteomic kuwa ngumu zaidi kuliko uchambuzi wa genomic.

Proteomics ya kansa

Genomes na proteomes ya wagonjwa wanaosumbuliwa na magonjwa maalum wanajifunza kuelewa msingi wa maumbile ya ugonjwa huo. Ugonjwa maarufu zaidi unaojifunza na mbinu za proteomic ni kansa. Mbinu za proteomiki zinatumika kuboresha uchunguzi na kutambua mapema ya saratani; hii inafanikiwa kwa kutambua protini ambazo usemi wake unaathiriwa na mchakato wa ugonjwa huo. Protini ya mtu binafsi inaitwa biomarker, wakati seti ya protini yenye viwango vya kujieleza vinavyobadilika huitwa saini ya protini. Kwa biomarker au saini ya protini kuwa na manufaa kama mgombea wa uchunguzi wa mapema na kutambua saratani, inapaswa kufungwa katika maji ya mwili, kama vile jasho, damu, au mkojo, kama vile uchunguzi mkubwa unaweza kufanywa kwa njia isiyo ya uvamizi. Tatizo la sasa kwa kutumia biomarkers kwa kutambua mapema ya kansa ni kiwango cha juu cha matokeo ya uongo hasi. Hasi ya uongo ni matokeo yasiyo sahihi ya mtihani ambayo yanapaswa kuwa chanya. Kwa maneno mengine, matukio mengi ya kansa hayatambuliki, ambayo hufanya biomarkers zisizoaminika. Baadhi ya mifano ya biomarkers protini kutumika katika kugundua kansa ni CA-125 kwa saratani ya ovari na PSA kwa saratani ya kibofu. Protini saini inaweza kuwa ya kuaminika zaidi kuliko biomarkers kuchunguza seli za kansa. Proteomics pia inatumiwa kuendeleza mipango ya matibabu ya mtu binafsi, ambayo inahusisha utabiri wa kama mtu binafsi atashughulikia dawa maalum na madhara ambayo mtu anaweza kupata. Proteomics pia inatumiwa kutabiri uwezekano wa kurudia ugonjwa.

Taasisi ya Taifa ya Saratani imeanzisha mipango ya kuboresha kugundua na kutibu kansa. Teknolojia ya Kliniki ya Proteomic kwa Saratani na Mtandao wa Utafiti wa Kutambua Mapema ni jitihada za kutambua saini za protini maalum kwa aina tofauti za sarat Programu ya Proteomics ya Biomedical imeundwa kutambua saini za protini na kubuni matibabu madhubuti kwa wagonjwa wa saratani.

Muhtasari

Proteomics ni utafiti wa seti nzima ya protini iliyoonyeshwa na aina fulani ya seli chini ya hali fulani za mazingira. Katika viumbe vya multicellular, aina tofauti za seli zitakuwa na proteomes tofauti, na hizi zitatofautiana na mabadiliko katika mazingira. Tofauti na genome, proteome ni nguvu na katika flux mara kwa mara, ambayo inafanya kuwa ngumu zaidi na muhimu zaidi kuliko ujuzi wa genomes peke yake.

Mbinu za Proteomiki zinategemea uchambuzi wa protini; mbinu hizi zinaendelea kuboreshwa. Proteomics imetumika kujifunza aina tofauti za saratani. Biomarkers tofauti na saini za protini zinatumiwa kuchambua kila aina ya saratani. Lengo la baadaye ni kuwa na mpango wa matibabu ya kibinafsi kwa kila mtu.

faharasa

biomarker

protini ya mtu binafsi ambayo ni ya kipekee zinazozalishwa katika hali ya wagonjwa

uongo hasi

matokeo sahihi ya mtihani kwamba lazima kuwa chanya

kimetaboliki

kamili seti ya metabolites ambayo ni kuhusiana na babies maumbile ya viumbe

kimetaboliki

utafiti wa metabolites ndogo molekuli kupatikana katika viumbe

protini saini

seti ya protini ya kipekee yaliyotolewa katika hali ya wagonjwa

proteome

seti nzima ya protini zinazozalishwa na aina ya seli

proteomics

utafiti wa kazi ya proteomes

mifumo ya biolojia

utafiti wa mifumo yote ya kibiolojia (genomes na proteomes) kulingana na mwingiliano ndani ya mfumo