Протеом - Proteome

Общая схема, показывающая отношения геном, транскриптом, протеом, и метаболом (липидом ).

В протеом это весь набор белки то есть, или может быть выражено геном, клетка, ткань или организм в определенное время. Это набор белков, экспрессируемых в клетке или организме определенного типа в определенный момент времени и в определенных условиях. Протеомика это исследование протеома.

Системы

Этот термин применялся к нескольким различным типам биологических систем.

А клеточный протеом это набор белков, содержащихся в клетка тип в определенных условиях окружающей среды, таких как воздействие гормональная стимуляция.

Также может быть полезно учитывать полный протеом, который можно представить как полный набор белков из всех различных клеточных протеомов. Это примерно белковый эквивалент геном.

Термин «протеом» также использовался для обозначения набора белков в определенных субклеточных биологических системах. Например, все белки вируса можно назвать вирусный протеом. Все белки в митохондрия составляют митохондриальный протеом, который создал отдельную область исследований митопротеомика.[1]

Важность рака

Протеом можно использовать для определения наличия различных типов рака.

Протеом можно использовать для сравнительного анализа различных линий раковых клеток. Протеомные исследования были использованы для определения вероятности метастазов в клеточных линиях рака мочевого пузыря KK47 и YTS1, и было обнаружено, что они содержат 36 нерегулируемых и 74 подавляемых белка.[2] Различия в экспрессии белков могут помочь идентифицировать новые механизмы передачи сигналов рака.

Биомаркеры рака были обнаружены масс-спектрометрии основанный на протеомном анализе. Использование протеомики или изучение протеома - это шаг вперед в персонализированной медицине, позволяющий адаптировать коктейли лекарств к конкретному протеомному и геномному профилю пациента.[3] Анализ клеточных линий рака яичников показал, что предполагаемые биомаркеры рака яичников включают α-енолазу (ENOA), коэффициент удлинения Tu, митохондриальная (EFTU), глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (G3P), белок стресс-70, митохондриальный (GRP75), аполипопротеин А-1 (APOA1), пероксиредоксин (PRDX2) и аннексин А (ANXA) ".[4]

Сравнительный протеомный анализ 11 клеточных линий продемонстрировал сходство метаболических процессов каждой клеточной линии; В результате этого исследования был полностью идентифицирован 11731 белок. Белки домашнего хозяйства имеют тенденцию проявлять большую вариабельность между клеточными линиями.[5]

Устойчивость к некоторым лекарствам от рака до сих пор не изучена. Протеомный анализ использовался для идентификации белков, которые могут обладать противораковыми свойствами, особенно для лекарства от рака толстой кишки. иринотекан.[6] Исследования клеточной линии аденокарциномы LoVo показали, что 8 белков не регулировались, а 7 белков подавлялись. Белки, которые показали дифференциальную экспрессию, были вовлечены в такие процессы, как транскрипция, апоптоз и пролиферация / дифференциация клеток среди прочего.

Протеом в бактериальных системах

Протеомные анализы были выполнены на разных видах бактерий, чтобы оценить их метаболические реакции на разные условия. Например, у таких бактерий, как Clostridium и Бациллы, протеомный анализ был использован для изучения того, как различные белки помогают спорам каждой из этих бактерий прорастать после длительного периода покоя.[7] Чтобы лучше понять, как правильно удалять споры, необходимо провести протеомный анализ.

История

Марк Уилкинс ввел термин протеом [8] в 1994 г. на симпозиуме «2D-электрофорез: от белковых карт к геномам», проходившем в Сиене, Италия. Он появился в печати в 1995 году,[9] с публикацией части его кандидатской диссертации. Уилкинс использовал этот термин для описания всего набора белки экспрессируется геномом, клеткой, тканью или организмом.

Размер и содержание

Предположение о взаимно однозначном соответствии между генами и белками будет означать, что существует не менее 20 000 белков, соответствующих примерно 20 000 генов человека. Протеом может быть больше, чем геном, особенно в эукариоты, как более чем один белок может быть произведен из одного ген из-за альтернативное сращивание (например, протеом человека состоит из 92 179 белков[нужна цитата ] из них 71 173 - варианты сварки[нужна цитата ]).[10] С другой стороны, не все гены транслируются в белки, и многие известные гены кодируют только РНК, которая является конечным функциональным продуктом. Причем размер полного протеома варьируется в зависимости от царства жизни. Например, эукариоты, бактерии, археи и вирусы имеют в среднем 15145, 3200, 2358 и 42 белка, соответственно закодированных в их геномах.[11]

В База данных плазменных протеомов содержит информацию о 10 500 плазма крови белки. Поскольку диапазон содержания белка в плазме очень велик, трудно обнаружить белки, которых обычно не хватает по сравнению с белками в большом количестве. Существует аналитический предел, который может быть препятствием для обнаружения белков со сверхнизкими концентрациями.[12]

Существуют разные факторы, которые используются для анализа протеома. Во-первых, ширина белка определяется различными типами белка, а глубина белка определяется количеством копий белка в конкретных тканях.[12] Существуют различные факторы, которые могут добавлять белкам изменчивость. SAP (полиморфизм одной аминокислоты) и несинонимичный однонуклеотидный полиморфизм nsSNP являются ключевыми элементами, которые могут приводить к различным «видам белка» или «протеоморфам».

Период, термин темный протеом придуманный Пердигао и его коллегами, определяет области белков, которые не обнаруживаются гомология последовательностей к другим белкам известных трехмерная структура и поэтому не может быть моделируется гомологией. Для 546 000 белков Swiss-Prot 44–54% протеома в эукариоты и вирусы оказались «темными», по сравнению с только ~ 14% в археи и бактерии.[13]

В настоящее время несколько проектов направлены на картирование протеома человека, в том числе Карта протеома человека, ПротеомикаDB и Проект "Протеом человека" (HPP). Как и проект генома человека, эти проекты направлены на поиск и сбор доказательств для всех предсказанных генов, кодирующих белок в геноме человека. Карта Human Proteome Map в настоящее время (октябрь 2020 г.) утверждает 17 294 белка и 15 479 ProteomicsDB с использованием различных критериев. 16 октября 2020 года ГЭС опубликовала строгий план. [14] охватывает более 90% предсказанных генов, кодирующих белок. Белки идентифицируются из широкого спектра тканей и типов клеток плода и взрослого, включая гемопоэтические клетки. Базы данных, такие как neXtprot и UniProt являются центральными ресурсами протеомных данных человека.

Методы исследования протеома

На этом изображении показан двухмерный гель с белками с цветовой кодировкой. Это способ визуализировать белки на основе их массы и изоэлектрической точки.
Основная статья: Протеомика

Анализ белков оказывается сложнее, чем анализ последовательностей нуклеиновых кислот. Хотя ДНК состоит всего из 4 нуклеотидов, существует по крайней мере 20 различных аминокислот, из которых можно составить белок. Кроме того, в настоящее время нет известных высокая пропускная способность технология для создания копий одного белка. Для изучения белков, наборов белков или всего протеома доступны многочисленные методы. Фактически, белки часто изучаются косвенно, например с использованием вычислительных методов и анализа геномов. Ниже приведены лишь несколько примеров.

Техники разделения и электрофорез

Протеомика, изучение протеома, в значительной степени практиковалось путем разделения белков с помощью двумерный гель-электрофорез. В первом измерении белки разделены изоэлектрическая фокусировка, который разделяет белки на основе заряда. Во втором измерении белки разделены молекулярный вес с помощью SDS-СТРАНИЦА. Гель окрашенный с Кумасси бриллиантовый синий или же серебро для визуализации белков. Пятна на геле - это белки, которые переместились в определенные места.

Масс-спектрометрии

Орбитальная ловушка масс-спектрометр обычно используется в протеомике
Основные статьи: Масс-спектрометрия белков и Масс-спектрометрии

Масс-спектрометрии является одним из ключевых методов изучения протеома.[15] Некоторые важные методы масс-спектрометрии включают масс-спектрометрию с орбитальной ловушкой, МАЛДИ (Матричная лазерная десорбция / ионизация) и ESI (ионизация электрораспылением). Снятие пептидных масс идентифицирует белок, расщепляя его на короткие пептиды, а затем определяет идентичность белка путем сопоставления наблюдаемых пептидных масс с база данных последовательностей. Тандемная масс-спектрометрия, с другой стороны, может получить информацию о последовательности от отдельных пептидов, изолировав их, столкнув их с инертным газом, а затем каталогизируя фрагмент ионы произведено.[16]

В мае 2014 г. проект карты протеома человека был опубликован в Природа.[17] Эта карта была создана с использованием масс-спектрометрии с преобразованием Фурье высокого разрешения. В этом исследовании было профилировано 30 гистологически нормальных образцов человека, в результате чего были идентифицированы белки, кодируемые 17 294 генами. Это составляет около 84% от общего количества аннотированных генов, кодирующих белок.

Хроматография

Жидкость хроматография является важным инструментом в изучении протеома. Это позволяет очень чувствительно разделять различные типы белков на основе их сродства к матрице. Некоторые новые методы разделения и идентификации белков включают использование монолитных капиллярных колонок, высокотемпературную хроматографию и капиллярную электрохроматографию.[18]

Промокание

Вестерн-блоттинг может использоваться для количественной оценки содержания определенных белков. Используя антитела, специфичные к интересующему белку, можно исследовать присутствие специфических белков из смеси белков.

Анализы комплементации белков и скрины взаимодействия

Анализы комплементации белковых фрагментов часто используются для обнаружения белок-белковые взаимодействия. В дрожжевой двугибридный анализ самый популярный из них, но существует множество вариантов, оба используются in vitro и in vivo. Pull-down анализы - это метод определения того, с какими видами белков взаимодействует белок.[19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Гомес-Серрано, М. (ноябрь 2018 г.). «Митопротеомика: решение митохондриальной дисфункции при заболеваниях человека». Oxid Med Cell Longev. 2018: 1435934. Дои:10.1155/2018/1435934. ЧВК  6250043. PMID  30533169.
  2. ^ Ян, Ганлун; Сюй, Чжипэн; Лу, Вэй; Ли, Сян; Сунь, Ченгвэнь; Го, Цзя; Сюэ, Пэн; Гуань, Фэн (31.07.2015). «Количественный анализ дифференциальной экспрессии протеома при раке мочевого пузыря по сравнению с нормальными клетками мочевого пузыря с использованием метода SILAC». PLOS One. 10 (7): e0134727. Bibcode:2015PLoSO..1034727Y. Дои:10.1371 / journal.pone.0134727. ISSN  1932-6203. ЧВК  4521931. PMID  26230496.
  3. ^ Ан, Яо; Чжоу, Ли; Хуанг, Чжао; Хорошо, Эдуард К.; Чжан, Хайюань; Хуан, Цаньхуа (4 мая 2019 г.). «Молекулярное понимание лекарственной устойчивости рака с точки зрения протеомики». Экспертный обзор протеомики. 16 (5): 413–429. Дои:10.1080/14789450.2019.1601561. ISSN  1478-9450. PMID  30925852.
  4. ^ Cruz, Isa N .; Coley, Helen M .; Kramer, Holger B .; Мадхури, Тумулуру Кавита; Сафуван, Нур а. М .; Анджелино, Ана Рита; Ян, Мин (2017-01-01). «Протеомический анализ клеточных линий и тканей рака яичников выявляет белки, связанные с лекарственной устойчивостью». Геномика рака - Протеомика. 14 (1): 35–51. Дои:10.21873 / cgp.20017. ISSN  1109-6535. ЧВК  5267499. PMID  28031236.
  5. ^ Гейгер, Тамар; Венер, Аня; Шааб, Кристоф; Кокс, Юрген; Манн, Матиас (март 2012 г.). «Сравнительный протеомный анализ одиннадцати общих клеточных линий показывает повсеместную, но изменяющуюся экспрессию большинства белков». Молекулярная и клеточная протеомика. 11 (3): M111.014050. Дои:10.1074 / mcp.M111.014050. ISSN  1535-9476. ЧВК  3316730. PMID  22278370.
  6. ^ Пэн, Син-Чен; Гун, Фэн-Мин; Вэй, Мэн; Чен, Си; Чен, Е; Ченг, Кэ; Гао, Фэн; Сюй, Фэн; Би, Фэн; Лю, Цзи-Ян (декабрь 2010 г.). «Протеомный анализ клеточных линий для определения белков устойчивости к иринотекану». Журнал биологических наук. 35 (4): 557–564. Дои:10.1007 / s12038-010-0064-9. ISSN  0250-5991. PMID  21289438.
  7. ^ Чен, Ян; Барат, Бидиша; Рэй, В. Кейт; Хелм, Ричард Ф .; Мелвилл, Стивен Б .; Попхэм, Дэвид Л. (2019-03-15). «Мембранные протеомы и переносчики ионов в Bacillus anthracis и Bacillus subtilis в покоящихся и прорастающих спорах». Журнал бактериологии. 201 (6). Дои:10.1128 / JB.00662-18. ISSN  0021-9193. ЧВК  6398275. PMID  30602489.
  8. ^ Уилкинс, Марк (декабрь 2009 г.). «Протеомический анализ данных». Экспертный обзор протеомики. Англия. 6 (6): 599–603. Дои:10.1586 / epr.09.81. PMID  19929606.
  9. ^ Wasinger VC, Cordwell SJ, Cerpa-Poljak A, Yan JX, Gooley AA, Wilkins MR, Duncan MW, Harris R, Williams KL, Humphery-Smith I (1995). «Прогресс в картировании генных продуктов Mollicutes: Mycoplasma genitalium». Электрофорез. 16 (1): 1090–94. Дои:10.1002 / elps.11501601185. PMID  7498152.
  10. ^ «UniProt: центр информации о белках». Исследования нуклеиновых кислот. 43 (D1): D204 – D212. 2014 г. Дои:10.1093 / нар / gku989. ISSN  0305-1048. ЧВК  4384041. PMID  25348405.
  11. ^ Козловский, Л.П. (26 октября 2016 г.). «Протеом-число Пи: база данных изоэлектрических точек протеома ". Исследования нуклеиновых кислот. 45 (D1): D1112 – D1116. Дои:10.1093 / нар / gkw978. ЧВК  5210655. PMID  27789699.
  12. ^ а б Пономаренко, Елена А .; Поверенная, Екатерина В .; Ильгисонис, Екатерина В .; Пятницкий, Михаил А .; Копылов, Артур Т .; Згода, Виктор Г .; Лисица, Андрей В .; Арчаков, Александр Иванович (2016). «Размер протеома человека: ширина и глубина». Международный журнал аналитической химии. 2016: 7436849. Дои:10.1155/2016/7436849. ISSN  1687-8760. ЧВК  4889822. PMID  27298622.
  13. ^ Пердигао, Нельсон; и другие. (2015). «Неожиданные свойства темного протеома». PNAS. 112 (52): 15898–15903. Bibcode:2015ПНАС..11215898П. Дои:10.1073 / pnas.1508380112. ЧВК  4702990. PMID  26578815.
  14. ^ Адхикари, S (октябрь 2020 г.). «Строгий план протеома человека». Nature Communications. 11. Дои:10.1038 / s41467-020-19045-9.
  15. ^ Алтелаар, AF; Муньос, Дж; Heck, AJ (январь 2013 г.). «Протеомика нового поколения: к интегративному взгляду на динамику протеома». Природа Обзоры Генетика. 14 (1): 35–48. Дои:10.1038 / nrg3356. PMID  23207911.
  16. ^ Вильгельм, Матиас; Шлегль, Юдифь; Ханне, Ханнес; Голами, Амин Могхаддас; Либеренц, Маркус; Савицкий, Михаил М .; Зиглер, Эмануэль; Бутцманн, Ларс; Гессулат, Зигфрид; Маркс, Харальд; Мэтисон, Тоби; Лемеер, Симона; Шнатбаум, Карстен; Реймер, Ульф; Веншу, Хольгер; Молленхауэр, Мартин; Слотта-Хуспенина Юлия; Бозе, Джоос-Хендрик; Банчефф, Маркус; Герстмаир, Аня; Фаербер, Франц; Кустер, Бернхард (2014). «Проект протеома человека на основе масс-спектрометрии». Природа. 509 (7502): 582–7. Bibcode:2014 Натур.509..582Вт. Дои:10.1038 / природа13319. PMID  24870543.
  17. ^ Ким, Мин-Сик; и другие. (Май 2014 г.). «Эскизная карта протеома человека». Природа. 509 (7502): 575–81. Bibcode:2014Натура.509..575K. Дои:10.1038 / природа13302. ЧВК  4403737. PMID  24870542.
  18. ^ Ши, Ян; Сян, Ронг; Хорват, Чаба; Уилкинс, Джеймс А. (2004-10-22). «Роль жидкостной хроматографии в протеомике». Журнал хроматографии А. Биоаналитическая химия: перспективы и последние достижения с признанием Барри Л. Каргера. 1053 (1): 27–36. Дои:10.1016 / j.chroma.2004.07.044. ISSN  0021-9673.
  19. ^ «Анализ с вытягиванием вниз - США». www.thermofisher.com. Получено 2019-12-05.

внешняя ссылка