Кіріспе
Нейропротеомика - жүйке жүйесін құрайтын белок кешендері мен түрлерін зерттейтін ғылым. Бұл белоктар өзара әрекеттесіп, нейрондарды бір-бірімен байланыстырады, бұл жүйке жүйесінің күрделілігін тудырады. Нейропротеомика - бұл күрделі сала, оның барлық нейрондық протеоманы сипаттау үшін әлі көп жұмыс істеу керек. Бұл терапия мен ғылымда көптеген қолданулары бар салыстырмалы түрде жаңа сала. Осы уақытқа дейін нейронның протеомының кішігірім топтамалары ғана картаға түсірілді, ал бұл тек синапсқа қатысы бар ақуыздарға қолданылғанда ғана.
Шығу тегі
Протеомика сөзін алғаш рет 1994 жылы Марк Уилкинс "геномның ақуыздық баламасы" дегенді зерттеу ретінде қолданды. Ол белгілі бір уақыт аралығында белгілі бір физиологиялық жағдайларда биологиялық жүйеде экспрессияланатын барлық ақуыздар ретінде анықталады. Ол кез келген биохимиялық өзгеріске байланысты өзгеруі мүмкін, сондықтан оны белгілі бір жағдайларда ғана анықтауға болады. Нейропротеомика - бұл саланың нейрологиялық аурулардың күрделілігі мен көп жүйелі шығу тегімен айналысатын кіші тобы. Нейрологиялық функция әр түрлі тектес көптеген белоктардың өзара әрекеттесуіне негізделеді, сондықтан оның протеомиялық құрылымындағы ішкі жүйелерді жүйелі зерттеуді қажет етеді.
Қазіргі заман
Нейропротеомика молекулалық деңгейде сананың, сезімнің және өз-өзіңнің жолдарын анықтаудың қиын міндетіне ие. Неврологиялық аурулар ерекше, өйткені олар әрқашан сыртқы белгілерді көрсетпейді. Ауруларды анықтау қиынға соғады, сондықтан нейропротеомика ауруларды анықтау үшін қолданылатын биомаркерлерді анықтаудың дұрыс бағытындағы қадам болып табылады. Бұл салада геномнан мүмкін болатын әртүрлі ақуыздарды картаға түсіру ғана емес, сонымен қатар транскрипциядан кейін функцияға әсер ететін көптеген өзгерістер болады. Нейрондар өте динамикалық құрылымдар болғандықтан, олар арқылы өтетін әр қимыл потенциалымен өзгеріп отырады, сондықтан нейропротеомика олардың функциясының молекулалық үлгісін картаға түсіру үшін ең көп мүмкіндік береді. Геномдық клетканың статикалық жол картасын ұсынады, ал протеомика клеткадан кішірек құрылымдарға көз жүгірткісі келеді, себебі оның әр сәтке тән ерекшелігі бар.
Белоктарды бөлу
Нейропротеомика дұрыс жұмыс істеуі үшін ақуыздар олардың пайда болған протеомы бойынша бөлінуі керек. Мысалы, бір топ қалыпты жағдайда, ал екіншісі аурулы жағдайда болуы мүмкін. Белдіктер әдетте екі өлшемді полиакриламид гельдік электрофорез (2D PAGE) арқылы бөлінеді. Бұл әдіспен белоктар pH градиенті бар жылжымайтын гель арқылы олардың таза заряды бейтарап болған нүктеге дейін тоқтатылады. Зарядпен бір бағытта бөлінгеннен кейін натрий додецил сульфаты протеиндерді өлшем бойынша бөлу үшін екінші бағытта жүргізіледі. Бұл әдісті қолдана отырып, қосымша белоктармен сәйкес келетін екі өлшемді карта жасалады. Протоэмиканың қарапайым түрінде 2D PAGE-де анықтап, протеиннің қызметін сәйкестендіруге болады, өйткені көптеген жасушааралық соматикалық жолдар белгілі. Алайда нейропротеомикада көптеген белоктар бірігіп, неврологиялық ауру немесе бұзылу болуы мүмкін соңғы нәтиже береді. Неврологиялық аурудың себебін анықтау үшін әр ақуызды жеке-жеке зерттеу және әр түрлі ақуыздардың арасындағы байланысты табу қажет. 2D PAGE көмегімен бөлінген белокты анықтау үшін жаңа әдістер әзірленуде.
Белоктарды анықтау
2D PAGE сияқты ақуыздарды бөлу әдістері өте жоғары немесе төмен молекулалық салмақты ақуыз түрлерін өңдеуге мүмкіндіктері шектеулі. Мұндай жағдайларды шешу үшін баламалы әдістер әзірленді. Бұларға сұйық хроматографиялық массалық спектрометрия, натрий додецил сульфаты полиакриламид гельдік электрофорез немесе бірнеше өлшемде жүретін сұйық хроматографиялық массалық спектрометрия жатады. Қарапайым 2D парақпен салыстырғанда сұйық хроматографиялық массалық спектрометрия ақуыз түрлерінің үлкен көлемін шеше алады, бірақ ол бірден өңделетін ақуыз үлгісінің мөлшерімен шектеледі. Сұйық хроматографиялық массалық спектрометрия жұмыс істеу үшін анықтама картасының жоқтығынан да шектеледі. Күрделі алгоритмдер әдетте процедура орындалғаннан кейін пайда болатын шеткі нәтижелерді талдау үшін қолданылады. Алайда, протеин түрінің белгісіз бөліктері әдетте таныс протеомалардың пайдасына талдамайды. Бұл факт қазіргі технологияның кемшілігін көрсетеді; протеома картасының ерекшелігін және ауқымын арттыру үшін жаңа әдістер қажет.
Есірткіге тәуелділік
Есірткіге тәуелділіктің әртүрлі нейрондық схемалардың тұрақты синапты пластикалық болуын қамтитыны жалпыға белгілі. Нейропротеомиканың әсерін зерттеу үшін қолданылуда есірткіге тәуелділік синапса арқылы. Зерттеулер мидың синапстық берілу орын алатын әртүрлі аймақтарын бөліп, сол аймақтың протеомын анықтау арқылы жүргізілуде. Алайда, есірткіге тәуелділіктің әртүрлі кезеңдерін зерттей отырып, дәрі-дәрмекке тәуелділік кезінде протеиннің өзгеруін анықтау керек. Бұл кезеңдер: азғыру, жұту, тастау, тәуелділік және одан арылу. Ол есірткі қолданудан пайда болған транскрипция арқылы геномның өзгеруінен басталады. Ол дәрі-дәрмектің әсер етуі мүмкін белокты анықтауды жалғастырады және осы аймаққа баса назар аударады. Есірткіге тәуелділік кезінде синапса ең ықтимал нысана болып табылады, өйткені ол нейрондар арасындағы байланысты қамтиды. Нейроциттерде сезімдік байланыс жетіспеушілігі көбінесе есірткі қолданудың сыртқы белгісі болып табылады, сондықтан нейропротеомика нейротрансмиттер тасымалын болдырмау үшін қандай ақуыздардың әсер ететіні туралы білу үшін қолданылады. Әсіресе, есірткі қолдану кезінде синапста қолданылатын белоктарды анықтау үшін, бұл процестер зерттелді. Синаптотагмин және синаптобровин сияқты белоктар мембранаға ұнтақтану үшін өзара әрекеттеседі. Фосфорилдеудің өзінде синапстың дұрыс жұмыс істеуіне мүмкіндік беретін ақуыздар жиынтығы бар. Морфин сияқты дәрілер жасушалардың жабысуын, нейротрансмиттерлердің көлемін және синапстық трафикті өзгертеді. Морфинді едәуір мөлшерде қолданғаннан кейін тирозинкиназалар аз фосфорилирленіп, клетканың ішінде сигналдарды аз жібереді. Бұл рецепторлы ақуыздар нейронның тіршілік етуіне мүмкіндік беретін жасушааралық сигналды процестерді бастай алмайды, нәтижесінде некроз немесе апоптоз болуы мүмкін. Бұл жасушалар тізбегі бойынша әсер ететін нейрондардың саны көбейген сайын, бұл сенсорлық немесе моторлық функциялардың тұрақты жоғалуына әкелуі мүмкін. Нейропротеомика дәрі-дәрмектерді қолдану кезінде өзгеріске ұшыраған белоктарды анықтап, дәрігерлерге тұрақты неврологиялық зақымданудың алдын алу үшін тестілеу үшін биомаркерлерді ертерек беруге мүмкіндік береді. Жақында Флорида университетінің зерттеушілері доктор Марк С Голд Лабораториясынан жаңа термин (психопротеомика) жасады. Кобисси және басқалар. психопротеомиканы психикалық бұзылулар, әсіресе, есірткі мен есірткіге тәуелділік нейротоксикациясы саласындағы протеомикалық өзгерістерді зерттеуге арналған интегралды протеомика әдісі ретінде анықтады.
Жүйке өсімі
Бір топ зерттеушілер нейропротеомиканың көмегімен әртүрлі белоктардың невриттің алғашқы өсуіне қалай әсер ететінін зерттеді. Тәжірибеде бақылау нейрондарының ақуыздық белсенділігі жүйке өсу факторымен (NGF) және JNJ460 иммунофилин лигандымен емделген нейрондардың белсенділігімен салыстырылды. JNJ460 - бұл мүшелер трансплантацияланған кезде иммундық шабуылдың алдын алу үшін қолданылатын басқа препараттың ұрпағы. Алайда, бұл иммунодепрессант емес, керісінше, микроглияға қарсы қалқан ретінде әрекет етеді. NGF тирозин рецепторлары кинезасы TrkA- мен байланысу арқылы нейронның өмір сүру қабілетін және дифференциациясын арттырады. Бұл рецептор Ras, Rak және MAP киназаларын қоса алғанда, жасушааралық метаболистік жолдарды бастау үшін маңызды. Әрбір жасуша үлгісінде протеиндер дифференциациясы NGF және JNJ460 әдісімен емделгенде және емделмегенде өлшенді. Пептидтер қоспасы амин қышқылдар тізбектерінің байланыспаған бөліктерін кері бағанада жуу арқылы жасалды. Содан кейін алынған қоспаны катион алмасу сұйықтығы ваннасына пептидтер қоспасын салқындатып қойды. Белгілер трипсинмен біріктіріліп, содан кейін массалық спектрометр арқылы өнімнің нәтижесін іздеу арқылы анықталды. Бұл сұйық хроматографиялық массалық спектрометрияның бір түрін қоспадағы белоктарды анықтау үшін қолданады. JNJ460 емдеу "сигналды трандукциялау" белоктарының артуына әкелді, ал NGF рибосомамен байланысты белоктардың және басқа белоктардың синтезіне әкелді. JNJ460 сонымен қатар актин, миозин және тропонин сияқты жасушааралық өсумен байланысты көбірек құрылымдық белоктарға әкелді. NGF емдеу кезінде жасушалар ақуыз синтезін және рибосомаларды құруды арттырды. Бұл әдіс аминокислотаның бір ғана өзгеруінен гөрі, барлық ақуыз үлгілерін жалпы талдауды қамтамасыз етеді. Зерттеушілердің айтуынша, батыс белбеулері нәтижелерді растады, бірақ олардың протоколында ақуыздардағы өзгерістер айқын болған жоқ. Бұл зерттеулердің басты мәні JNJ460 және NGF - бұл жасушаның ақуыз шығаруын басқаратын екі түрлі процесс. JNJ460 нейронның өлшемі мен тұрақтылығын арттырады, ал NGF мембраналық ақуыздарды арттырады. Бірлескен жағдайда олар нейронның өсу мүмкіндігін едәуір арттырады. JNJ460 клетканың кейбір бөліктерін NGF емдеу үшін " басты " етуі мүмкін, бірақ олар бірге жұмыс істемейді. JNJ460 аксондардың өсуінде негізгі рөл атқаратын актин мен миозинді қалпына келтіруде Шванн жасушаларымен өзара әрекеттеседі деп есептеледі. NGF нейронның толық өсуіне көмектеседі. Алайда бұл екі белок басқа нейрондармен байланыста рөл атқармайды. Олар сигнал жіберілетін мембрананың көлемін ғана ұлғайтады. Нейрондарды бір-біріне бағыттап, синапстарды құру үшін басқа нейротрофтық факторлар протеомдары қажет.
JNJ460 treatment resulted in an increase in “signal transduction” proteins, while NGF resulted in an increase in proteins associated with the ribosome and synthesis of other proteins. JNJ460 also resulted in more structural proteins associated with intercellular growth, such as actin, myosin, and troponin. With NGF treatment, cells increased protein synthesis and creation of ribosomes. This method allows the analysis of all of the protein patterns overall, rather than a single change in an amino acid. Western blots confirmed the results, according to the researchers, though the changes in proteins were not as obvious in their protocol. The main significance to these findings are that JNJ460 are NGF are distinct processes that both control the protein output of the cell. JNJ460 resulted in increased neuronal size and stability while NGF resulted in increased membrane proteins. When combined, they significantly increase a neuron’s chance of growth. While JNJ460 may “prime” some parts of the cell for NGF treatment, they do not work together. JNJ460 is thought to interact with Schwann cells in regenerating actin and myosin, which are key players in axonal growth. NGF helps the neuron grow as a whole. These two proteins do not play a part in communication with other neurons, however. They merely increase the size of the membrane down which a signal can be sent. Other neurotrophic factor proteomes are needed to guide neurons to each other to create synapses.
Шектеулер
Картаға түсірілетін нейронның шикі протеиндерінің кең ауқымы бастапқы зерттеулерді нейронның шағын аймақтарына бағыттауды талап етеді. Үлгілерді алу кезінде неврологтарды қызықтыратын бірнеше жер бар. Неврологтар үшін ең маңызды бастама - плазмалық мембрана. Нейрондар арасындағы қарым-қатынас көбінесе осы жерде жүреді. Мұнда картаға түсірілген ақуыздарға иондық арналар, нейротрансмиттер рецепторлары және молекулалық тасымалдаушылар жатады. Плазмалық мембрананың бойымен холестеринге бай липидтік жағалауларды құруға қатысатын белоктар зерттеледі, өйткені олар нейронның алғашқы кезеңдерінде глутаматты қабылдау үшін маңызды екені дәлелденді. Жоғарыда айтылғандай, безеулі ақуыздар аурудың пайда болуына әсер ететіндіктен, олар да мұқият зерттелді. Алайда зерттеу үшін үлгілерді жинау үшін үлгілердің қайталануына қауіп төнбеуін қамтамасыз ету үшін ерекше назар аудару қажет. Мысалы, мидың бір аймағының жалпы үлгісін алғанда, барлық жерде кездесетін және салыстырмалы түрде маңызды емес ақуыздар SDS PAGE-де өте айқын көрінеді. Басқа зерттелмеген, ерекшеліктері бар ақуыздар едәуір сирек кездеседі, сондықтан олар назардан тыс қалады. Плазмалық мембрананың протеомын, мысалы, белгілі бір функциясы бар субпротеомалар деп бөлуге тура келеді. Бұл пептидтердің осы ерекше кластарының айқын көрінуіне мүмкіндік береді. Бір жағынан, субпротеомаларға бөлу - бұл жай ғана жаһандық протеоманың белгілі бір бөліміне ұлғайтқыш линзаны қолдану. Бұл әдіс әрбір жасушалық органельге жеке қолданылғанда тиімді болып көрінеді. Митохондриялық ақуыздар, мысалы, электронды мембрана арқылы тасымалдауда тиімдірек, олардың электронды тасымалдау қабілетін аминқышқылдар реттілігіне сәйкес келтіру үшін тиімді түрде мақсат етілуі мүмкін.