Proteomics
Le Proteomics est l'étude à grande échelle des protéines en particulier leurs structures et fonctions . Les protéines sont les parties essentielles de matière organique, car elles sont les composants principaux des voies métaboliques physiologique des cellules . Le " de limite ; proteomics" ; a été inventé pour faire une analogie avec la génomique , l'étude de des gènes le " de mot ; proteome" ; est une valise de " ; prote in" et " ; " de l'ome GEN ;. Le Proteome d'une organization est l'ensemble de protéines produites par lui pendant sa vie, et son génome est son ensemble de gènes.
Proteomics est souvent considéré la prochaine étape dans l'étude des systèmes biologiques, après génomique. Il est beaucoup plus compliqué que la génomique, la plupart du temps parce que tandis que le génome du d'une organization est plutôt constant, un Proteome diffère de la cellule à la cellule et change constamment par ses interactions biochimiques du avec le génome et l'environnement. Une organization a l'expression radicalement différente de protéine de dans différentes parties de son corps, différentes étapes de son cycle de vie et différentes conditions environnementales. Une autre difficulté principale est la complexité des acides nucléiques de à relatif de protéines que par exemple, dans l'humain là sont environ 25 000 gènes identifiés mais protéines un >500 000 prévues qui sont dérivées de ces gènes. Cette complexité accrue dérive des mécanismes tels que l'épissure, la modification de protéine ( Glycosylation , phosphorylation ) et la dégradation alternatives de protéine.
Les scientifiques sont très intéressés par le proteomics parce qu'il donne un arrangement bien meilleur d'une organization que la génomique. D'abord, le niveau de la transcription d'un gène donne seulement une évaluation grossière de son niveau d'expression dans une protéine. Un ADN messagère produit dans l'abondance peut être dégradé rapidement ou traduit inefficacement, ayant pour résultat un peu de protéine. En second lieu, beaucoup de protéines éprouvent les modifications Poteau-de translation qui affectent profondément leurs activités ; par exemple quelques protéines ne sont pas en activité jusqu'à ce qu'elles deviennent phosphorylées. Des méthodes telles que le Phosphoproteomics et le Glycoproteomics sont employées pour étudier des modifications poteau-de translation. Troisièmement, beaucoup de transcriptions provoquent plus d'une protéine, par le de épissure alternatif ou les modifications poteau-de translation alternatives. En conclusion, beaucoup de protéines forment des complexes avec d'autres protéines ou molécules d'ARN, et seulement la fonction en présence de ces autres molécules.
Depuis des protéines jouer un rôle central dans la vie d'une organization, proteomics est instrumental dans la découverte du Biomarkers tel que les marqueurs qui indiquent une maladie particulière.
Avec l'accomplissement d'une ébauche de projet du génome humain du , beaucoup de chercheurs regardent comment les gènes et les protéines agissent l'un sur l'autre pour former d'autres protéines. Une conclusion étonnante du Projet génome humain est qu'il y a lointain moins de gènes de protéine-codage dans le génome humain que les protéines dans les gènes humains du proteome (20. Le corps humain peut même contenir plus de 2 millions de protéines, chacune qui a différentes fonctions. La diversité de protéine est vraisemblablement due à l'épissure d'alternative et à la modification poteau-de translation des protéines. L'anomalie implique que la diversité de protéine ne peut pas être entièrement caractérisée par analyse d'expression de gène, ainsi le proteomics est utile pour caractériser des cellules et des tissus.
Pour cataloguer toutes les protéines humaines, leurs fonctions et interactions est un grand défi pour des scientifiques. Une collaboration internationale avec ces buts est coordonnée par l'organisation humaine (HUPO) de Proteome de .
Étude du proteomics
La plupart de fonction de protéines en collaboration avec d'autres protéines, et un but de proteomics est d'identifier quelles protéines agissent l'un sur l'autre. Ceci donne souvent des indices importants au sujet des fonctions des protéines nouvellement découvertes. Plusieurs méthodes sont disponibles pour sonder des interactions de protéine-protéine. La méthode traditionnelle est l'analyse de deux-hybride de de levure. Les nouvelles méthodes incluent la chromatographie d'Immunoaffinity de des microarrays de protéine de suivie de la spectrométrie de masse , et les combinaisons des méthodes expérimentales telles que l'affichage bactériophage et les méthodes informatiques.La recherche courante dans le proteomics exige d'abord que les protéines soient resolved, parfois sur une échelle massive. La séparation de protéine peut être effectuée using l'électrophorèse bidimensionnelle de gel de , qui sépare habituellement des protéines d'abord par le point isoélectrique et puis par le poids moléculaire. Des taches de protéine dans un gel peuvent être visualisées using une série de taches chimiques ou marqueurs fluorescents. Des protéines peuvent souvent être mesurées par l'intensité de leur tache. Une fois que des protéines sont séparées et mesurées, elles sont identifiées. Différentes taches sont coupées du gel et fendu dans des peptides avec des enzymes protéolytiques ces peptides peuvent alors être identifiés par spectrométrie de masse, spectrométrie de masse spécifiquement matrice-aidée de temps-de-vol de désorption-ionisation de laser ( MALDI-TOF ). Dans ce procédé, un peptide est placé sur une matrice, qui fait former le peptide des cristaux. Alors le peptide sur la matrice est ionisé avec un faisceau du laser et une augmentation de tension à la matrice est employée pour tirer les ions vers un détecteur dans lequel le temps où elle prend un ion pour atteindre le détecteur dépend de son Massachusetts. Plus la masse est haute, plus la période du vol de l'ion est longue. Dans un spectromètre de masse de MALDI-TOF, les ions peuvent également être guidés avec un réflecteur électrostatique qui focalise également le faisceau d'ions. Ainsi, les masses des ions atteignant le deuxième détecteur peuvent être déterminées avec la haute précision et ces masses peuvent indiquer les compositions chimiques exactes des peptides, et donc de leurs identités.
Des mélanges de protéine peuvent également être analysés sans séparation antérieure. Ces procédures commencent par la digestion protéolytique des protéines dans un mélange complexe. Les peptides en résultant sont souvent injectés sur une colonne à haute pression de la chromatographie liquide (CHROMATOGRAPHIE LIQUIDE SOUS HAUTE PRESSION) qui sépare des peptides basés sur le hydrophobicity. La CHROMATOGRAPHIE LIQUIDE SOUS HAUTE PRESSION peut être couplée directement à un spectromètre de masse de temps-de-vol using l'ionisation d'Electrospray de . Des peptides s'éluant de la colonne peuvent être identifiés par la spectrométrie de masse tandem (MS/MS). La première phase de MS/MS tandem isole différents ions de peptide, et la seconde divise les peptides en fragments et emploie le modèle de fragmentation pour déterminer leurs ordres d'acide aminé. L'étiquetage avec des étiquettes d'isotope peut être employé pour comparer quantitativement la concentration en protéines parmi deux échantillons ou plus de protéine.
Un des développements les plus prometteurs à venir de l'étude des gènes et des protéines humains a été l'identification de nouvelles drogues potentielles pour le traitement de la maladie. Ceci se fonde sur l'information de génome et de proteome pour identifier des protéines liées à une maladie, que le logiciel peut alors employer comme cibles pour de nouvelles drogues. Par exemple, si une certaine protéine est impliquée dans une maladie, sa structure 3D fournit les informations aux drogues de conception pour interférer l'action de la protéine. Une molécule qui adapte l'emplacement actif d'une enzyme, mais ne peut pas être libérée par l'enzyme, inactivera l'enzyme. C'est la base des nouveaux outils de drogue-découverte, qui visent à trouver de nouvelles drogues pour inactiver des protéines impliquées dans la maladie. Pendant que des différences génétiques parmi des individus sont trouvées, les chercheurs comptent employer ces techniques pour développer les drogues personnalisées qui sont plus efficaces pour l'individu.
Une technique informatique qui essaye d'adapter des millions de petites molécules à la structure tridimensionnelle d'une protéine s'appelle le " ; screening" virtuel de ligand ;. L'ordinateur évalue la qualité de l'ajustement à de divers emplacements dans la protéine, avec le but d'augmenter ou de désactiver la fonction de la protéine, selon sa fonction dans la cellule. Un bon exemple de ceci est l'identification de nouvelles drogues pour viser et inactiver la protéase HIV-1. La protéase HIV-1 est une enzyme qui fend une protéine très grande d'HIV dans de plus petites, fonctionnelles protéines. Le virus ne peut pas survivre sans cette enzyme ; donc, il est l'une des cibles de protéine les plus efficaces pour HIV de massacre.
Il y a beaucoup de programmes de l'informatique répartie, tels que la grille de la communauté du monde de , qui permet au personnes à travers le monde d'aider des scientifiques en calculant des calculs. Le logiciel s'ajoute à l'utilisation des ordinateurs superbes en employant la capacité de traitement inutilisée des millions d'ordinateurs personnels. La grille de la communauté du monde travaille à HIV, au cancer, et au repliement des protéines. Chacun des trois projets se concentre sur la modélisation de protéine et les modèles de modification de protéine. Using les données gagnées des modèles de l'informatique répartie des protéines, les scientifiques peuvent développer des thérapies plus spécifiques et plus efficaces. En outre, la plupart des enzymes agissent en tant qu'élément des complexes et des réseaux, qui affectent également la manière des actes des enzymes dans une cellule. La compréhension de ces réseaux complexes aidera en drogues se développantes qui affectent la fonction de ces complexes.
Biomarkers
Comprenant le proteome, la structure et la fonction de chaque protéine et les complexités des interactions de protéine-protéine seront critiques pour développer les techniques et les traitements de la maladie diagnostiques les plus efficaces à l'avenir. Une utilisation intéressante de proteomics emploie des biomarkers spécifiques de protéine pour diagnostiquer la maladie. Un certain nombre de techniques laissent déterminer des protéines produites pendant une maladie particulière, qui aide à diagnostiquer la maladie rapidement. Les techniques incluent la tache occidentale, le Immunohistochemical souillant , l'analyse (ELISA) d'immunosorbant liée par enzyme de ou la spectrométrie de masse . Ce qui suit sont certaines des maladies qui ont des biomarkers caractéristiques que les médecins peuvent employer pour le diagnostic :
dans la maladie d'Alzheimer , altitudes de dans le bêta secretase crée l'amyloïde/bêta-protéine, qui fait accumuler la plaque dans le cerveau du patient, qui cause la démence. L'optimisation de cette enzyme diminue l'amyloïde/bêta-protéine et ainsi ralentit la progression de la maladie. Un procédé à déterminer l'augmentation en amyloïde/bêta-protéine est la souillure immunohistochemical, dans laquelle les anticorps lient aux antigènes spécifiques ou au tissu biologique de l'amyloïde/de bêta-protéine.
La maladie cardiaque est généralement évaluée using plusieurs des biomarkers à base de protéines de clef. Les biomarkers standard de protéine pour la CVD incluent interleukin-6, interleukin-8, protéine de l'amyloïde A de sérum, fibrinogène, et troponines. des augmentations cardiaques de la troponine I de cTnI de la concentration dans un délai de 3 à 12 heures des dommages cardiaques initiaux et peuvent être trouvées des jours elevated après un infarctus du myocarde aigu . Un certain nombre d'analyses basées par anticorps commercial aussi bien que d'autres méthodes sont employées dans les hôpitaux en tant qu'essais primaires le MI aigu.
L'analyse de Proteomic des cellules de rein et des cellules cancéreuses de rein produit les fils de promesse pour des biomarkers pour que le carcinome rénal de cellules de et les analyses se développantes déterminent cette maladie. Dans les maladies rein-connexes, l'urine est une source potentielle pour de tels biomarkers. Récemment, on lui a montré que l'identification des polypeptides urinaires comme biomarkers des maladies rein-connexes laisse diagnostiquer la sévérité de la maladie plusieurs mois avant l'aspect de la pathologie. Article
Branches
< ! -- --> Séparation de protéine de . Les technologies de Proteomic se fondent sur la capacité de séparer un mélange complexe de sorte que différentes protéines plus facilement soient traitées avec d'autres techniques.
Technologies
Proteomics emploie de diverses technologies :On et l'électrophorèse bidimensionnelle de gel de est employé pour identifier la masse relative d'une protéine et de son point isoélectrique .
La cristallographie de rayon X de et le de résonance magnétique nucléaire sont employés pour caractériser la structure tridimensionnelle des peptides et des protéines . Cependant, des techniques à basse résolution telles que le dichroïsme circulaire , la spectroscopie infrarouge de transformée de Fourier de et la diffusion des rayons X sous petit angle de (SAXS) peuvent être employées pour étudier la structure secondaire des protéines.
La spectrométrie de masse tandem combinée avec la chromatographie de phase d'inverse de ou électrophorèse la 2-D est employée pour identifier des protéines using des outils de recherche de base de données tels que la mascotte , Phenyx, CRÊTES de (logiciel) , OMSSA, X de ! Le tandem et le SEQUEST ou les algorithmes de novo et mesurent tous les niveaux des protéines trouvées en cellules.
L'échafaudage, un outil logiciel utile dans la visualisation de la spectrométrie de masse tandem résulte.
La spectrométrie de masse tandem combinée avec étiqueter des technologies telles que le TMT , ICPL ou ITRAQ est employée pour la quantification des protéines et des peptides.
La spectrométrie de masse (aucun-tandem), souvent le MALDI-TOF , est employée pour identifier des protéines par l'empreinte digitale de la masse de peptide de . Cette technologie est également employée dans le soi-disant " ; Profiling" de protéine de milliseconde de MALDI-TOF ; là où des échantillons (c. sérum) sont préparés par les morceaux de protéine (milliseconde de SELDI-TOF ), les perles magnétiques (la protéine de Bruker Daltonics profilant la plate-forme) ou avec d'autres méthodes de traitement d'échantillon, telles que la chromatographie liquide, la taille-exclusion et l'immunoaffinity. Des crêtes de protéine d'intérêt doivent être identifiées par spectrométrie de masse tandem. La protéine profilant avec la milliseconde de MALDI-TOF pourrait être utile élevé dans des diagnostics cliniques, mais jusqu'ici il y a eu peu de succès avec avancer la protéine de milliseconde de MALDI-TOF profilant dans la validation clinique due à la variation analytique élevée.
Le ICP-MS a combiné avec MeCAT - étiquetage codé par métal - technologie est employé pour la quantification ultra-sensible des protéines et des peptides vers le bas à la basse gamme d'attomol
La chromatographie d'affinité , la levure de deux techniques hybrides de , le transfert d'énergie de résonance de fluorescence (FRETTE), et la résonance extérieure de plasmon (SPR) sont employés pour identifier la protéine-protéine et les réactions protéine-ADN obligatoires.
Tomographie de rayon X de employée pour déterminer l'endroit des protéines ou des complexes marqués de protéine dans une cellule intacte. Fréquemment corrélé avec des images des cellules de la lumière a basé des microscopes.
L'analyse d'image basée par logiciel est utilisée pour automatiser la quantification et la détection des taches dans et parmi des échantillons de gels. Tandis que cette technologie est largement utilisée, l'intelligence ne s'est pas perfectionnée encore. Par exemple, les principaux outils logiciels dans ce secteur tendent à convenir sur l'analyse des taches bien définies et bien-séparées de protéine, mais ils fournissent différents résultats et tendances avec les taches moins-séparées moins-définies - de ce fait rendant nécessaire la vérification manuelle des résultats.
Voir également
Chimie de Proteomic de Bio-informatique
Cytomics
Génomique
Liste de de matières d'omics dans la biologie
Metabolomics
Lipidomics
Proteomics de fusil de chasse de
Proteomics de haut en bas
Proteomics de bas en haut
Biologie de systèmes
Transcriptomics
Phosphoproteomics
PEGylation
Bases de données de protéine
UniProt PIR
Suisse-Prot
APB
NCBI
Base de données de référence humaine de protéine
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