Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Геном, жасуша, тіндер немесе организм арқылы өрнектеле алатын ақуыздар жиынтығы.
Set of proteins that can be expressed by a genome, cell, tissue, or organism
Протеом – белгілі бір уақытта геном, жасуша, тіндер немесе организм арқылы өрнектелетін, немесе өрнектеле алатын ақуыздардың толық жиынтығы. Бұл – белгілі бір жағдайларда, белгілі бір уақыттағы нақты жасуша немесе организм түрінде өрнектелетін ақуыздардың жиынтығы. Протеомика – протеомды зерттеу ғылымы.
The proteome is the entire set of proteins that is, or can be, expressed by a genome, cell, tissue, or organism at a certain time. It is the set of expressed proteins in a given type of cell or organism, at a given time, under defined conditions. Proteomics is the study of the proteome.
Протеомалардың түрлері
Протеома көбінесе организмнің протеомын білдірсе, көпжасушалы организмдерде әртүрлі жасушаларда өте әртүрлі протеомалар болуы мүмкін, сондықтан жасушалар мен организмдердегі протеомаларды ажырату маңызды. Жасушалық протеом – нақты бір жасуша түрінде, нақты бір қоршаған орта жағдайларында, мысалы, гормондық стимуляцияға ұшырағанда кездесетін ақуыздардың жиынтығы. Сонымен қатар, организмнің толық протеомын қарастыру да пайдалы, оны барлық түрлі жасушалық протеомдардың ақуыздарының толық жиынтығы ретінде қарастыруға болады. Бұл геномның ақуыздық баламасы болып табылады. Протеом термині сондай-ақ, кейбір субклеткалық жүйелердегі, мысалы, органеллалардағы ақуыздар жиынтығын білдіру үшін де қолданылады. Мысалы, митохондриялық протеом 3000-нан астам ерекше ақуыздан тұруы мүмкін. Вирустың ақуыздары жиынтығын вирустық протеом деп атауға болады. Көбінесе вирустық протеомалар вирустық геномнан болжанады, бірақ вирустың геномынан экспрессияланатын барлық ақуыздарды, яғни вирустық протеомын анықтауға да әрекеттер жасалған. Дегенмен, көбінесе вирустық протеомика вирустық инфекция кезінде жаңартқыш ақуыздардың өзгеруін талдайды, сондықтан вирус пен оның жаңартқышының екі протеомы зерттеледі.
While proteome generally refers to the proteome of an organism, multicellular organisms may have very different proteomes in different cells, hence it is important to distinguish proteomes in cells and organisms. A cellular proteome is the collection of proteins found in a particular cell type under a particular set of environmental conditions such as exposure to hormone stimulation. It can also be useful to consider an organism's complete proteome, which can be conceptualized as the complete set of proteins from all of the various cellular proteomes. This is very roughly the protein equivalent of the genome. The term proteome has also been used to refer to the collection of proteins in certain sub cellular systems, such as organelles. For instance, the mitochondrial proteome may consist of more than 3000 distinct proteins. The proteins in a virus can be called a viral proteome. Usually viral proteomes are predicted from the viral genome but some attempts have been made to determine all the proteins expressed from a virus genome, i. e. the viral proteome. More often, however, virus proteomics analyzes the changes of host proteins upon virus infection, so that in effect two proteomes (of virus and its host) are studied.
Қатерлі ісікке әсері
Протеомды әртүрлі қатерлі ісік жасушаларын салыстырмалы түрде талдау үшін пайдалануға болады. Протеомикалық зерттеулер, қатерлі ісік клеткаларының KK47 және YTS1 желілерінде метастазға бейімділікті анықтау мақсатымен жүргізілді және нәтижесінде 36 реттелмеген және 74 төмендетілген ақуыздар анықталды. Ақуыз экспрессиясындағы айырмашылықтар қатерлі ісік сигнализациясының жаңа механизмдерін анықтауға көмектеседі. Қатерлі ісік биомаркерлері массалық спектрометрияға негізделген протеомикалық талдаулар арқылы табылды. Протеомиканың немесе протеомды зерттеудің қолданылуы – пациенттің нақты протеомдық және геномдық профиліне сәйкес дәрілік коктейльдерді жасау арқылы жеке медицинадағы маңызды қадам. Жұмыртқа безі қатерлі ісігінің жасушалық желілерін талдау, жұмыртқа безі қатерлі ісігінің болжамды биомаркерлері "α энолаза (ENOA), ұзарту факторы Tu, митохондриалдық (EFTU), глицеральдегид 3 фосфат дегидрогеназа (G3P), стресс 70 ақуызы, митохондриалдық (GRP75), аполипопротеин A 1 (APOA1), пероксиредоксин (PRDX2) және анексин A (ANXA)" екенін көрсетті. 11 жасушалық желінің салыстырмалы протеомикалық талдаулары, әрбір жасушалық желінің метаболикалық процестерінің ұқсас екенін көрсетті; осы зерттеуден 11 731 ақуыз толық анықталды. "Үй шаруашылығы" ақуыздары жасушалық желілер арасында көбірек өзгергіштік көрсетеді. Кейбір қатерлі ісікке қарсы препараттарға қарсы тұру механизмі әлі толыққанды түсіндірілмеген. Протеомдық талдау, әсіресе, ішек қатерлі ісігіне қарсы препарат – иринотеканның қатерлі ісікке қарсы қасиеттеріне ие болуы мүмкін ақуыздарды анықтау үшін қолданылды. Аденокарцинома жасушалық желісі LoVo-ны зерттеу, 8 ақуыздың реттелмегенін және 7 ақуыздың төмендетілгенін көрсетті. Дифференциалдық экспрессияны көрсеткен ақуыздар транскрипция, апоптоз және жасушаның көбеюі/дифференциациясы сияқты процестерге қатысты.
The proteome can be used in order to comparatively analyze different cancer cell lines. Proteomic studies have been used in order to identify the likelihood of metastasis in bladder cancer cell lines KK47 and YTS1 and were found to have 36 unregulated and 74 down regulated proteins. The differences in protein expression can help identify novel cancer signaling mechanisms. Biomarkers of cancer have been found by mass spectrometry based proteomic analyses. The use of proteomics or the study of the proteome is a step forward in personalized medicine to tailor drug cocktails to the patient's specific proteomic and genomic profile. The analysis of ovarian cancer cell lines showed that putative biomarkers for ovarian cancer include "α enolase (ENOA), elongation factor Tu, mitochondrial (EFTU), glyceraldehyde 3 phosphate dehydrogenase (G3P), stress 70 protein, mitochondrial (GRP75), apolipoprotein A 1 (APOA1), peroxiredoxin (PRDX2) and annexin A (ANXA)". Comparative proteomic analyses of 11 cell lines demonstrated the similarity between the metabolic processes of each cell line; 11,731 proteins were completely identified from this study. Housekeeping proteins tend to show greater variability between cell lines. Resistance to certain cancer drugs is still not well understood. Proteomic analysis has been used in order to identify proteins that may have anti cancer drug properties, specifically for the colon cancer drug irinotecan. Studies of adenocarcinoma cell line LoVo demonstrated that 8 proteins were unregulated and 7 proteins were down regulated. Proteins that showed a differential expression were involved in processes such as transcription, apoptosis and cell proliferation/differentiation among others.
Бактериялық жүйелердегі протеом
Әртүрлі бактерияларда олардың әртүрлі жағдайларға метаболизмінің реакциясын бағалау үшін протеомдық талдаулар жүргізілді. Мысалы, Clostridium және Bacillus сияқты бактерияларда, әртүрлі белоктардың осы бактериялардың спораларының ұзақ уақыт жатыстан кейін қалай өніп-өсуіне көмектесетінін зерттеу үшін протеомдық талдаулар қолданылды. Спораларды тиімді жою жолдарын жақсырақ түсіну үшін протеомдық талдау жүргізу қажет.
Proteomic analyses have been performed in different kinds of bacteria to assess their metabolic reactions to different conditions. For example, in bacteria such as Clostridium and Bacillus, proteomic analyses were used in order to investigate how different proteins help each of these bacteria spores germinate after a prolonged period of dormancy. In order to better understand how to properly eliminate spores, proteomic analysis must be performed.
Тарих
Марк Уилкинс 1994 жылы Италияның Сиена қаласында өткен «2D электрофорез: ақуыз карталарынан геномдарға» тақырыбындағы симпозиумда протеом терминін енгізді. Ол 1995 жылы оның докторлық диссертациясының бір бөлігі жарияланғанда басылып шықты. Уилкинс бұл терминді геном, жасуша, тіндер немесе организмнің өндіретін барлық ақуыздар жиынтығын сипаттау үшін пайдаланды.
Marc Wilkins coined the term proteome in 1994 in a symposium on "2D Electrophoresis: from protein maps to genomes" held in Siena in Italy. It appeared in print in 1995, with the publication of part of his PhD thesis. Wilkins used the term to describe the entire complement of proteins expressed by a genome, cell, tissue or organism.
Протеомды зерттеу әдістері
Белгілерді талдау нуклеин қышқылы тізбектерін талдаудан қиынрақ болып көрінеді. ДНҚ құрамына бар болғаны 4 нуклеотид кірсе, ал протеин құрамына кем дегенде 20 түрлі аминқышқыл кіреді. Сонымен қатар, қазіргі уақытта жеке бір белгінің көшірмелерін жасауға арналған жоғары өнімді технология жоқ. Белгілерді, белгілер жиынтығын немесе толық протеомды зерттеу үшін көптеген әдістер қолжетімді. Шындығында, белгілер көбінесе тікелей емес, мысалы, есептеу әдістері және геномдарды талдау арқылы зерттеледі. Төменде бірнеше мысал келтірілген.
Analyzing proteins proves to be more difficult than analyzing nucleic acid sequences. While there are only 4 nucleotides that make up DNA, there are at least 20 different amino acids that can make up a protein. Additionally, there is currently no known high throughput technology to make copies of a single protein. Numerous methods are available to study proteins, sets of proteins, or the whole proteome. In fact, proteins are often studied indirectly, e. g. using computational methods and analyses of genomes. Only a few examples are given below.
Бөлу әдістері мен электрофорез
Протеомды зерттейтін протеомика көбінесе екі өлшемді гельдік электрофорез арқылы ақуыздарды бөлу арқылы жүзеге асырылады. Бірінші өлшемде ақуыздар изоэлектрлік фокус арқылы заряд бойынша бөлінеді. Екінші өлшемде ақуыздар молекулалық салмағы бойынша SDS PAGE көмегімен ажыратылады. Ақуыздарды көру үшін гель Coomassie сұрғыш көгі немесе күміспен боялады. Гельдегі дақтар – белгілі бір жерге жылжыған ақуыздар.
Proteomics, the study of the proteome, has largely been practiced through the separation of proteins by two dimensional gel electrophoresis. In the first dimension, the proteins are separated by isoelectric focusing, which resolves proteins on the basis of charge. In the second dimension, proteins are separated by molecular weight using SDS PAGE. The gel is stained with Coomassie brilliant blue or silver to visualize the proteins. Spots on the gel are proteins that have migrated to specific locations.
Массалық спектрометрия
Массалық спектрометрия – протеомды зерттеудің маңызды әдістерінің бірі. Массалық спектрометрияның маңызды әдістеріне Orbitrap массалық спектрометриясы, MALDI (Матрицалық көмекші лазерлік десорбция/иондау) және ESI (Электроспрейлік иондау) жатады. Пептидтік массалық ізтаңба (пептидтік массалық саусақ ізі) ақуызды қысқа пептидтерге бөліп, алынған пептидтік массаларды тізбектелген ақпараттар базасымен салыстыру арқылы оны анықтайды. Ал тандемдік массалық спектрометрия жеке пептидтерді бөліп алып, оларды инертті газбен соқтығыстырып, пайда болған фрагмент иондарын тізімдей отырып, пептидтердің тізбегі туралы мәлімет алады. 2014 жылдың мамыр айында адам протеомының жобалық картасы Nature журналында жарияланды. Бұл карта жоғары ажыратымды Фурье түрлендірулі массалық спектрометрияны қолдану арқылы жасалған. Бұл зерттеуде 30 гистологиялық жағдайы нормальды адам үлгілері зерттелді, нәтижесінде 17 294 генмен кодталатын ақуыздар анықталды. Бұл барлық белгілі ақуыз кодтайтын гендердің шамамен 84%-ын құрайды.
Mass spectrometry is one of the key methods to study the proteome. Some important mass spectrometry methods include Orbitrap Mass Spectrometry, MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization), and ESI (Electrospray Ionization). Peptide mass fingerprinting identifies a protein by cleaving it into short peptides and then deduces the protein's identity by matching the observed peptide masses against a sequence database. Tandem mass spectrometry, on the other hand, can get sequence information from individual peptides by isolating them, colliding them with a non reactive gas, and then cataloguing the fragment ions produced. In May 2014, a draft map of the human proteome was published in Nature. This map was generated using high resolution Fourier transform mass spectrometry. This study profiled 30 histologically normal human samples resulting in the identification of proteins coded by 17,294 genes. This accounts for around 84% of the total annotated protein coding genes.
Хроматография
Сұйық хроматография – протеомды зерттеудегі маңызды құрал. Ол матрицаға қосылу қабілетіне қарай әртүрлі ақуыздарды өте жоғары сезімталдықпен бөлуге мүмкіндік береді. Ақуыздарды бөлу және анықтаудың жаңа әдістерінің қатарында монолитті капиллярлық бағаналар, жоғары температуралық хроматография және капиллярлық электрохроматографияны пайдалану бар.
Liquid chromatography is an important tool in the study of the proteome. It allows for very sensitive separation of different kinds of proteins based on their affinity for a matrix. Some newer methods for the separation and identification of proteins include the use of monolithic capillary columns, high temperature chromatography and capillary electrochromatography.
Блокировка
Батыс блоттау әдісі белгілі бір белоктардың мөлшерін анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Зерттелетін белокқа специфиялық антиденелерді пайдалану арқылы, белоктар қоспасынан нақты белоктарды анықтауға болады.
Western blotting can be used in order to quantify the abundance of certain proteins. By using antibodies specific to the protein of interest, it is possible to probe for the presence of specific proteins from a mixture of proteins.
Белсенділікпен толықтырылу сынақтары және өзара әрекеттесу экрандары
Белок фрагменттерін толықтыру әдістері көбінесе белок-белок өзара әрекеттесуін анықтау үшін қолданылады. Ашытқы екі гибридтік әдісі олардың ең танымал түрі, бірақ in vitro және in vivo жағдайларда қолданылатын көптеген нұсқалары бар. Тарту әдістері – белгілі бір белоктың байланысқан белок серіктерін анықтау тәсілі.
Protein fragment complementation assays are often used to detect protein–protein interactions. The yeast two hybrid assay is the most popular of them but there are numerous variations, both used in vitro and in vivo. Pull down assays are a method to determine the protein binding partners of a given protein.
Белок құрылымын болжау
Белсенің құрылымын болжау бүтін протеомалардың үш өлшемді құрылымдарын анықтау үшін қолданылуы мүмкін. 2022 жылы EMBL EBI және DeepMind арасындағы ірі ынтымақтастық тіршілік ағашындағы 200 миллионнан астам ақуыздың болжамды құрылымдарын ұсынды. Кіші жобалар да жеке организмдердің протеомын картаға түсіруге көмектесу үшін белсенің құрылымын болжауды пайдаланды, мысалы, isoform.io адам геномындағы 20 000-нан астам ген үшін көптеген ақуыз изоформаларын қамтиды.
Protein structure prediction can be used to provide three dimensional protein structure predictions of whole proteomes. In 2022, a large scale collaboration between EMBL EBI and DeepMind provided predicted structures for over 200 million proteins from across the tree of life. Smaller projects have also used protein structure prediction to help map the proteome of individual organisms, for example isoform. io provides coverage of multiple protein isoforms for over 20,000 genes in the human genome.
Белок дерекқоры
Адам ақуыз атласы жасушалар, тіндер және органдардағы адам ақуыздары туралы ақпаратты қамтиды. Білімдік ресурсқа кіретін барлық дерек ашық қолжетімді, бұл академиялық және өнеркәсіптік саланың ғалымдарына адам протеомын зерттеу үшін деректерге еркін қол жеткізуге мүмкіндік береді. ELIXIR ұйымы осы ақуыз атласын кеңінен қолданылатын өмір ғылымдары қауымдастығы үшін маңыздылығына байланысты негізгі ресурс ретінде таңдады. Плазма протеомының дерекқоры 10 500 қан плазмасы ақуызы туралы ақпаратты қамтиды. Плазмадағы ақуыз мөлшерінің кең ауқымына байланысты, көп кездесетін ақуыздармен салыстырғанда сирек кездесетін ақуыздарды анықтау қиын. Бұл – өте төмен концентрациядағы ақуыздарды анықтауға кедергі келтіруі мүмкін талдау шегі. neXtprot және UniProt сияқты деректер базалары адам протеомикалық деректері үшін орталық ресурстар болып табылады.
The Human Protein Atlas contains information about the human proteins in cells, tissues, and organs. All the data in the knowledge resource is open access to allow scientists both in academia and industry to freely access the data for exploration of the human proteome. The organization ELIXIR has selected the protein atlas as a core resource due to its fundamental importance for a wider life science community. The Plasma Proteome database contains information on 10,500 blood plasma proteins. Because the range in protein contents in plasma is very large, it is difficult to detect proteins that tend to be scarce when compared to abundant proteins. This is an analytical limit that may possibly be a barrier for the detections of proteins with ultra low concentrations. Databases such as neXtprot and UniProt are central resources for human proteomic data.