Proteomics

Proteomics ist die groß angelegte Studie von Proteinen, besonders ihre Strukturen und Funktionen. Proteine sind Lebensteile von lebenden Organismen, wie sie die Hauptbestandteile der physiologischen metabolischen Pfade von Zellen sind. Der Begriff "proteomics" wurde zuerst 1997 ins Leben gerufen, um eine Analogie mit genomics, der Studie der Gene zu machen. Das Wort "proteome" ist eine Mischung "des Proteins" und "Genoms", und wurde von Marc Wilkins 1994 ins Leben gerufen, während es am Konzept als ein Doktorstudent arbeitet. Der proteome ist die komplette Ergänzung von Proteinen einschließlich der Modifizierungen, die zu einem besonderen Satz von Proteinen gemacht sind, die durch einen Organismus oder System erzeugt sind. Das wird sich mit der Zeit und den verschiedenen Voraussetzungen oder den Betonungen ändern, dass eine Zelle oder Organismus erleben.

Kompliziertheit des Problems

Danach genomics und transcriptomics, proteomics wird als der nächste Schritt in der Studie von biologischen Systemen betrachtet. Es ist viel mehr kompliziert als genomics größtenteils, weil, während ein Genom eines Organismus mehr oder weniger unveränderlich ist, sich der proteome von der Zelle bis Zelle und von Zeit zu Zeit unterscheidet. Das ist, weil verschiedene Gene in verschiedenen Zelltypen ausgedrückt werden. Das bedeutet, dass sogar der grundlegende Satz von Proteinen, die in einer Zelle erzeugt werden, bestimmt werden muss.

In der Vergangenheit wurde das durch die mRNA Analyse getan, aber, wie man fand, hat das dem Protein-Inhalt nicht entsprochen. Es ist jetzt bekannt, dass mRNA ins Protein nicht immer übersetzt wird, und der Betrag des für einen gegebenen Betrag von mRNA erzeugten Proteins vom Gen abhängt, wird es von und auf dem aktuellen physiologischen Staat der Zelle abgeschrieben. Proteomics bestätigt die Anwesenheit des Proteins und stellt ein direktes Maß der Menge-Gegenwart zur Verfügung.

Postübersetzungsmodifizierungen

Nicht nur tut die Übersetzung aus MRNA-Ursache-Unterschieden, viele Proteine werden auch einem großen Angebot an chemischen Modifizierungen nach der Übersetzung unterworfen. Viele dieser Postübersetzungsmodifizierungen sind zur Funktion des Proteins kritisch.

Phosphorylation

Eine solche Modifizierung ist phosphorylation, der mit vielen Enzymen und Strukturproteinen im Prozess der Zellnachrichtenübermittlung geschieht. Die Hinzufügung eines Phosphats zu besonderen Aminosäuren — meistens serine und threonine hat durch serine/threonine kinases vermittelt, oder seltener hat tyrosine durch tyrosine kinases vermittelt — veranlasst ein Protein, ein Ziel zu werden, um zu binden oder mit einem verschiedenen Satz anderer Proteine aufeinander zu wirken, die das phosphorylated Gebiet anerkennen.

Weil Protein phosphorylation eine der am meisten studierten Protein-Modifizierungen ist, werden viele "proteomic" Anstrengungen auf die Bestimmung des Satzes von phosphorylated Proteinen in einer besonderen Zelle oder Gewebetyp unter besonderen Verhältnissen eingestellt. Das alarmiert den Wissenschaftler zu den Signalpfaden, die in diesem Beispiel aktiv sein können.

Ubiquitination

Ubiquitin ist ein kleines Protein, das an bestimmten Protein-Substraten durch Enzyme genannt E3 ubiquitin ligases angebracht werden kann. Bestimmung, welche Proteine poly-ubiquitinated sind, kann im Verstehen nützlich sein, wie Protein-Pfade geregelt werden. Das ist deshalb eine zusätzliche legitime "Proteomic"-Studie. Ähnlich, sobald es bestimmt wird, welche Substrate ubiquitinated durch jeden ligase sind, beschließend, dass der Satz von in einem besonderen Zelltyp ausgedrücktem ligases nützlich sein wird.

Zusätzliche Modifizierungen

Die Auflistung aller Protein-Modifizierungen, die in einem "Proteomics"-Projekt studiert werden könnten, würde eine Diskussion des grössten Teiles der Biochemie verlangen; deshalb wird eine kurze Liste hier dienen, um die Kompliziertheit des Problems zu illustrieren.

Zusätzlich zu phosphorylation und ubiquitination können Proteine (unter anderen) methylation, acetylation, glycosylation, Oxydation und nitrosylation unterworfen werden. Einige Proteine erleben ALLE diese Modifizierungen häufig in zeitabhängigen Kombinationen, passend die potenzielle Kompliziertheit illustrierend, mit der man sich befassen muss, wenn man Protein-Struktur und Funktion studiert.

Verschiedene Proteine werden unter verschiedenen Einstellungen gemacht

Selbst wenn man einen besonderen Zelltyp studiert, kann diese Zelle verschiedene Sätze von Proteinen zu verschiedenen Zeiten, oder unter verschiedenen Bedingungen machen. Außerdem, wie erwähnt, kann irgendwelches Protein eine breite Reihe von Postübersetzungsmodifizierungen erleben.

Deshalb kann eine "Proteomics"-Studie ziemlich kompliziert sehr schnell werden, selbst wenn der Gegenstand der Studie sehr eingeschränkt wird. In ehrgeizigeren Einstellungen solcher weil, wenn ein biomarker für eine Geschwulst gesucht wird - wenn der proteomics Wissenschaftler verpflichtet ist, Serum-Proben von vielfachen Krebs-Patienten - der Betrag der Kompliziertheit zu studieren, die befasst werden muss, ist so groß wie in jedem modernen biologischen Projekt.

Beschränkungen zur Genomic-Studie

Wissenschaftler interessieren sich sehr für proteomics, weil er ein viel besseres Verstehen eines Organismus gibt als genomics. Erstens gibt das Niveau der Abschrift eines Gens nur eine Überschlagsrechnung seines Niveaus des Ausdrucks in ein Protein. Ein mRNA erzeugt kann in Hülle und Fülle schnell erniedrigt oder ineffizient übersetzt werden, auf einen kleinen Betrag des Proteins hinauslaufend. Zweitens wie oben erwähnt erfahren viele Proteine Postübersetzungsmodifizierungen, die tief ihre Tätigkeiten betreffen; zum Beispiel sind einige Proteine nicht aktiv, bis sie phosphorylated werden. Methoden wie phosphoproteomics und glycoproteomics werden verwendet, um Postübersetzungsmodifizierungen zu studieren. Drittens verursachen viele Abschriften mehr als ein Protein, durch das Alternative-Verstärken oder die alternativen Postübersetzungsmodifizierungen. Viertens bilden viele Proteine Komplexe mit anderen Proteinen oder RNS-Molekülen, und fungieren nur in Gegenwart von diesen anderen Molekülen. Schließlich spielt Protein-Degradierungsrate eine wichtige Rolle im Protein-Inhalt.

Methoden, Proteine zu studieren

Das Identifizieren von Proteinen, die Übersetzungs-post modifiziert werden

Ein Weg, auf den ein besonderes Protein studiert werden kann, soll einen Antikörper entwickeln, der zu dieser Modifizierung spezifisch ist. Zum Beispiel gibt es Antikörper, die nur bestimmte Proteine anerkennen, wenn sie tyrosine-phosphorylated sind, der als phospho-spezifische Antikörper bekannt ist; auch gibt es zu anderen Modifizierungen spezifische Antikörper. Diese können verwendet werden, um den Satz von Proteinen zu bestimmen, die die Modifizierung von Interesse erlebt haben.

Für Zuckermodifizierungen, wie glycosylation von Proteinen, sind bestimmte lectins entdeckt worden, die Zucker binden. Diese können auch verwendet werden.

Eine allgemeinere Weise, Postübersetzungsmodifizierung von Interesse zu bestimmen, soll eine komplizierte Mischung von Proteinen zur Elektrophorese in "zwei Dimensionen" unterwerfen, die einfach bedeutet, dass die Proteine electrophoresed zuerst in einer Richtung, und dann in einem anderen sind, der kleinen Unterschieden in einem Protein erlaubt, durch das Trennen eines modifizierten Proteins von seiner unmodifizierten Form vergegenwärtigt zu werden. Diese Methodik ist als "zweidimensionale Gel-Elektrophorese" bekannt.

Kürzlich ist eine andere Annäherung genannt PROTOMAP entwickelt worden, der sich SDS-SEITIG mit der Schrotflinte proteomics verbindet, um Entdeckung von Änderungen in der Gel-Wanderung wie diejenigen zu ermöglichen, die durch proteolysis verursacht sind oder Übersetzungsmodifizierung anzuschlagen.

Die Bestimmung der Existenz von Proteinen in komplizierten Mischungen

Klassisch sind Antikörper zu besonderen Proteinen oder zu ihren modifizierten Formen in der Biochemie und den Zellbiologie-Studien verwendet worden. Diese sind unter den allgemeinsten verwendeten Werkzeugen durch das Üben von Biologen heute.

Für mehr quantitative Entschlüsse von Protein-Beträgen können Techniken wie ELISAs verwendet werden.

Für die Proteomic-Studie sind neuere Techniken wie matrixgeholfener Laser desorption/ionization (MALDI) für den schnellen Entschluss von Proteinen in besonderen Mischungen und zunehmend electrospray Ionisation (ESI) verwendet worden.

Rechenbetonte Methoden im studierenden Protein biomarkers

Rechenbetonte prophetische Modelle haben gezeigt, dass umfassender und verschiedener feto-mütterlicher Protein-Schwarzhandel während Schwangerschaft vorkommt und nichtangreifend im mütterlichen ganzen Blut sogleich entdeckt werden kann. Diese rechenbetonte Annäherung hat eine Hauptbeschränkung, den Überfluss an mütterlichen Proteinen überlistet, die die Entdeckung von fötalen Proteinen zur fötalen proteomic Analyse des mütterlichen Bluts stören. Rechenbetonte Modelle können fötale im mütterlichen ganzen Blut vorher identifizierte Genabschriften verwenden, um ein umfassendes proteomic Netz des Begriffes neonate zu schaffen. Solche Arbeit zeigt, dass die fötalen im Blut der schwangeren Frau entdeckten Proteine aus einer verschiedenen Gruppe von Geweben und Organen vom sich entwickelnden Fötus entstehen. Die proteomic Netze enthalten viele biomarkers, die Vertretungen für die Entwicklung sind und die potenzielle klinische Anwendung dieser Technologie als eine Weise illustrieren, normale und anomale fötale Entwicklung zu kontrollieren.

Eine Information theoretisches Fachwerk ist auch für die biomarker Entdeckung eingeführt worden, biofluid und Gewebeinformation integrierend. Diese neue Annäherung nutzt die funktionelle Synergie zwischen bestimmtem biofluids und Geweben mit dem Potenzial für klinisch bedeutende nicht mögliche Ergebnisse aus, wenn Gewebe und biofluids individuell betrachtet wurden. Durch das Auffassen des Gewebe-Biofluid als Informationskanäle können bedeutende biofluid Vertretungen identifiziert und dann für die geführte Entwicklung der klinischen Diagnostik verwendet werden. Kandidat biomarkers wird dann gestützt auf Informationsübertragungskriterien über die Gewebe-Biofluid Kanäle vorausgesagt. Bedeutende Biofluid-Gewebebeziehungen können an die prioritize klinische Gültigkeitserklärung von biomarkers gewöhnt sein.

Das Herstellen von Wechselwirkungen des Protein-Proteins

Der grösste Teil der Protein-Funktion in der Kollaboration mit anderen Proteinen und eine Absicht von proteomics sind sich zu identifizieren, welche Proteine aufeinander wirken. Das ist in der Bestimmung potenzieller Partner in Zellsignalkaskaden besonders nützlich.

Mehrere Methoden sind verfügbar, um Wechselwirkungen des Protein-Proteins zu untersuchen. Die traditionelle Methode ist Hefe Zwei-Hybriden-Analyse. Neue Methoden schließen Protein-Mikroreihe, immunoaffinity Chromatographie ein, die von der Massenspektrometrie, Doppelpolarisation interferometry, Mikroskala Thermophoresis und experimentelle Methoden wie Phage-Anzeige und rechenbetonte Methoden gefolgt ist

Praktische Anwendungen von proteomics

Eine der viel versprechendsten Entwicklungen, um aus der Studie von menschlichen Genen und Proteinen zu kommen, ist die Identifizierung von potenziellen neuen Rauschgiften für die Behandlung der Krankheit gewesen. Das verlässt sich auf das Genom und die proteome Information, um Proteine zu identifizieren, die mit einer Krankheit vereinigt sind, die Computersoftware dann als Ziele für neue Rauschgifte verwenden kann. Zum Beispiel, wenn ein bestimmtes Protein in eine Krankheit hineingezogen wird, gibt seine 3D-Struktur die Auskunft, um Rauschgifte zu entwerfen, um die Handlung des Proteins zu stören. Ein Molekül, das die aktive Seite eines Enzyms passt, aber durch das Enzym nicht veröffentlicht werden kann, wird inactivate das Enzym. Das ist die Basis von neuen Werkzeugen der Rauschgift-Entdeckung, die zum Ziel haben, neue Rauschgifte zu inactivate an Krankheit beteiligten Proteinen zu finden. Da genetische Unterschiede unter Personen gefunden werden, nehmen Forscher an, diese Techniken zu verwenden, um personifizierte Rauschgifte zu entwickeln, die für die Person wirksamer sind.

Biomarkers

Der FDA definiert einen biomarker als, "Eine Eigenschaft, die objektiv gemessen und als ein Hinweis von normalen biologischen Prozessen, pathogenen Prozessen oder pharmakologischen Antworten auf ein therapeutisches Eingreifen bewertet wird".

Den proteome verstehend, werden die Struktur und Funktion jedes Proteins und die Kompliziertheiten von Wechselwirkungen des Protein-Proteins kritisch sein, für die wirksamsten diagnostischen Techniken und Krankheitsbehandlungen in der Zukunft zu entwickeln.

Ein interessanter Gebrauch von proteomics verwendet spezifisches Protein biomarkers, um Krankheit zu diagnostizieren. Mehrere Techniken erlauben, für Proteine zu prüfen, die während einer besonderen Krankheit erzeugt sind, die hilft, die Krankheit schnell zu diagnostizieren. Techniken schließen Westklecks, immunohistochemical Färbung ein, Enzym hat Immunosorbent-Feinprobe (ELISA) oder Massenspektrometrie verbunden. Secretomics, ein Teilfeld von proteomics, der verborgene Proteine und Sekretionspfade mit proteomic Annäherungen studiert, ist kürzlich als ein wichtiges Werkzeug für die Entdeckung von biomarkers der Krankheit erschienen.

Proteogenomics

Worin jetzt allgemein proteogenomics genannt wird, proteomic Technologien wie Massenspektrometrie werden verwendet, um Genanmerkungen zu verbessern. Die parallele Analyse des Genoms und des proteome erleichtert Entdeckung von Postübersetzungsmodifizierungen und proteolytic Ereignissen besonders, wenn sie vielfache Arten (vergleichender proteogenomics) vergleicht.

Aktuelle Forschungsmethodiken

Fluoreszenz zweidimensionale Differenzialgel-Elektrophorese (2. DIGE) kann verwendet werden, um Schwankung im 2. DIGE zu messen, bearbeitet und gründet statistisch gültige Schwellen, um quantitative Änderungen zwischen Proben zuzuteilen.

Vergleichende proteomic Analyse kann die Rolle von Proteinen in komplizierten biologischen Systemen einschließlich der Fortpflanzung offenbaren. Zum Beispiel verursacht die Behandlung mit dem Insektizid triazophos eine Zunahme im Inhalt von braunem planthopper (Nilaparvata lugens (Stål)) männliche zusätzliche Drüse-Proteine (Acps), der Frauen über die Paarung übertragen werden kann, eine Zunahme in der Fertilität (d. h. Geburtenrate) Frauen verursachend. Um Änderungen in den Typen von zusätzlichen Drüse-Proteinen (Acps) und Fortpflanzungsproteinen zu identifizieren, die weiblichen von männlichem planthoppers erhaltenen planthoppers verbunden haben, haben Forscher eine vergleichende proteomic Analyse von verbundenem N. lugens Frauen geführt. Die Ergebnisse haben angezeigt, dass diese Proteine am Fortpflanzungsprozess von N. lugens erwachsene Frauen und Männer teilnehmen.

Die Analyse von Proteome von Arabidopsis peroxisomes ist als die unvoreingenommene Hauptannäherung gegründet worden, um neue peroxisomal Proteine auf einem in großem Umfang zu identifizieren.

Es gibt viele Annäherungen an das Charakterisieren des menschlichen proteome, der, wie man schätzt, zwischen 20,000 und 25,000 nichtüberflüssigen Proteinen enthält. Die Zahl der einzigartigen Protein-Arten nimmt wahrscheinlich durch zwischen 50,000 und 500,000 erwartete zum RNS-Verstärken und den proteolysis Ereignissen zu, und wenn Postübersetzungsmodifizierung auch betrachtet wird, wie man schätzt, erstreckt sich die Gesamtzahl von einzigartigen menschlichen Proteinen in den niedrigen Millionen.

Außerdem zuerst ist das Versprechen von Versuchen, den proteome von Tiergeschwülsten zu entziffern, kürzlich berichtet worden.

Siehe auch

Immunomics
  • Liste von omics Themen in der Biologie
  • Metabolomics
  • Lipidomics
  • Secretomics
  • Schrotflinte proteomics
  • Verfeinernder proteomics
  • Von unten nach oben proteomics
  • Systembiologie
  • Transcriptomics
  • Phosphoproteomics
  • PEGylation
Funktioneller genomics
  • Tätigkeit hat proteomics gestützt

Protein-Datenbanken

Forschungszentren

  • Netherlands Proteomics Centre (NPC)

Bibliografie

  • (Deckel fast alle Zweige von proteomics)
  • (konzentriert 2. Gele, die auf dem Detail gut sind)
  • Internationale Standardbuchnummer 0-585-41879-9 (elektronisch, auf der Internetbibliothek?), internationale Standardbuchnummer 0-89603-991-9 hbk
  • Biologie Online-Lehrbuch wieder entdeckend. Einheit 2 Proteins und Proteomics. 1997-2006.
  • .
  • "Myocardial Infarkt". (Wiederbekommen am 29. November 2006)
  • Einführung in Antikörper - Enzym-verbundene Immunosorbent-Feinprobe (ELISA). (Wiederbekommen am 29. November 2006)
  • Jörg von Hagen, Proteomics VCH-Wiley 2008-Beispielvorbereitung. Internationale Standardbuchnummer 978-3-527-31796-7

Links


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