SOUČASNÝ VÝVOJ V PROTEOMICE
Vědecké články | 2004 | Chemické listyInstrumentace
Proteomika je klíčovým oborem moderní biochemie zaměřeným na komplexní analýzu proteinů, které odrážejí skutečný funkční stav buňky či organismu. Zatímco genom poskytuje statický obrázek genetického potenciálu, proteomika odhaluje dynamiku expresních hladin, post-translačních modifikací a interakcí protein-protein. Její využití je zásadní v mnoha oblastech – od objasnění regulačních mechanismů, přes biomarkerovou diagnostiku, až po cílený vývoj nových léčiv.
Přehledný článek shrnuje současné metody a aplikace proteomiky, včetně dvoudimenzionální gelové elektroforézy (2-DE), hmotnostní spektrometrie (MS), izotopového značení (ICAT), multidimenzionální LC-MS/MS (MudPIT) a nových čipových technik. Diskutuje silné stránky a limity jednotlivých přístupů a ilustruje aplikace ve srovnávací analýze proteinových vzorků, studiu post-translačních modifikací, interakcí protein-protein a ve farmaceutické i klinické praxi.
Recenze ukazuje, že kombinace 2-DE a MS umožňuje identifikaci tisíců proteinů i s jejich post-translačními modifikacemi, avšak omezeně detekuje proteiny ve velmi nízkých či vysokých koncentracích a hydrofobní membránové proteiny. MudPIT odhalil u kvasinky až 1 500 proteinů včetně bazických a membránových typů. ICAT a DIGE významně zlepšují kvantitativní srovnání dvou stavů. Afinitní purifikace s chemickými nosiči demonstrovala výběrovou izolaci enzymů přímo z buněčných homogenátů. Proteinové čipy slibují vysokou propustnost, ale zatím řeší především definované sady proteinů.
Očekává se rozvoj čipových technologií pro proteomické paralelní analýzy, zdokonalení kvantitativních přístupů s izotopy stabilních prvků, nové metody pro membránové a nízkoabundantní proteiny a integrace proteomických dat s genomikou a transkriptomikou. Velký potenciál mají mezinárodní databázové projekty a sdílení dat pro výzkum interakcí a funkcí proteinových sítí.
Proteomika nabízí jedinečný pohled na funkční složení buňky a organismu. Pokrok v metodách separace, detekce, kvantifikace a bioinformatické analýze otevírá široké možnosti aplikací v medicíně, farmakologii a biotechnologii. Budoucí výzvou je zvýšit citlivost, rozšířit dynamické rozpětí detekce a navázat standardizované sdílení proteomických dat.
Kapilární elektroforéza
ZaměřeníProteomika
VýrobceSouhrn
Význam tématu
Proteomika je klíčovým oborem moderní biochemie zaměřeným na komplexní analýzu proteinů, které odrážejí skutečný funkční stav buňky či organismu. Zatímco genom poskytuje statický obrázek genetického potenciálu, proteomika odhaluje dynamiku expresních hladin, post-translačních modifikací a interakcí protein-protein. Její využití je zásadní v mnoha oblastech – od objasnění regulačních mechanismů, přes biomarkerovou diagnostiku, až po cílený vývoj nových léčiv.
Cíle a přehled studie / článku
Přehledný článek shrnuje současné metody a aplikace proteomiky, včetně dvoudimenzionální gelové elektroforézy (2-DE), hmotnostní spektrometrie (MS), izotopového značení (ICAT), multidimenzionální LC-MS/MS (MudPIT) a nových čipových technik. Diskutuje silné stránky a limity jednotlivých přístupů a ilustruje aplikace ve srovnávací analýze proteinových vzorků, studiu post-translačních modifikací, interakcí protein-protein a ve farmaceutické i klinické praxi.
Použitá metodika a instrumentace
- 2-DE: isoelektrická fokusace v IPG pasech (pH 3–12) + SDS-PAGE gradient (8–16 %) pro separaci až tisíců proteinů.
- Barvení gelů: fluorescenční značky, DIGE – simultánní analýza až 3 vzorků na jednom gelu.
- MS detekce a identifikace: MALDI-TOF, ESI-MS, tandemová MS pro lokalizaci modifikací.
- Izotopové značení: ICAT pro kvantitativní srovnání vzorků „lehké”/„těžké”.
- Multidimenzionální LC-MS/MS (MudPIT) pro analýzu vzorků se složitým dynamickým rozpětím koncentrací.
- Afinitní techniky: IMAC pro obohacení fosfopeptidů, konkanavalin A pro glykoproteiny, pseudopeptid-fosfinátové nosiče pro purifikaci Zn-metaloenzymů (např. betain-homocystein S-methyltransferasy).
- Proteinové čipy: SELDI-MS, protein-function arrays a protein-detecting arrays pro paralelní studium aktivity, interakcí a kvantifikaci proteinů.
Hlavní výsledky a diskuse
Recenze ukazuje, že kombinace 2-DE a MS umožňuje identifikaci tisíců proteinů i s jejich post-translačními modifikacemi, avšak omezeně detekuje proteiny ve velmi nízkých či vysokých koncentracích a hydrofobní membránové proteiny. MudPIT odhalil u kvasinky až 1 500 proteinů včetně bazických a membránových typů. ICAT a DIGE významně zlepšují kvantitativní srovnání dvou stavů. Afinitní purifikace s chemickými nosiči demonstrovala výběrovou izolaci enzymů přímo z buněčných homogenátů. Proteinové čipy slibují vysokou propustnost, ale zatím řeší především definované sady proteinů.
Přínosy a praktické využití metody
- Biomarkery: identifikace proteinových markerů v biologických tekutinách (plasma, moč, mozkomíšní mok) pro onemocnění ledvin, nádorová onemocnění, Alzheimerovu chorobu.
- Farmakologie: odhalení mechanismu účinku léků (např. lovastatin na jaterní proteomy) a cílových proteinů pro nové terapeutické inhibitory.
- Biotechnologie: optimalizace výroby rekombinantních proteinů a studium regulačních sítí v buňkách modelových organismů.
- Microbiologie: stanovení patogenních proteinů a mechanismů antibakteriální rezistence.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozvoj čipových technologií pro proteomické paralelní analýzy, zdokonalení kvantitativních přístupů s izotopy stabilních prvků, nové metody pro membránové a nízkoabundantní proteiny a integrace proteomických dat s genomikou a transkriptomikou. Velký potenciál mají mezinárodní databázové projekty a sdílení dat pro výzkum interakcí a funkcí proteinových sítí.
Závěr
Proteomika nabízí jedinečný pohled na funkční složení buňky a organismu. Pokrok v metodách separace, detekce, kvantifikace a bioinformatické analýze otevírá široké možnosti aplikací v medicíně, farmakologii a biotechnologii. Budoucí výzvou je zvýšit citlivost, rozšířit dynamické rozpětí detekce a navázat standardizované sdílení proteomických dat.
Reference
- Adams M. D. et al.: Science 287, 2185 (2000)
- The C. elegans Sequencing Consortium: Science 282, 2012 (1998)
- The Arabidopsis Genome Initiative: Nature 408, 796 (2000)
- International Human Genome Sequencing Consortium: Nature 409, 860 (2001)
- Collins F. S. et al.: Science 300, 286 (2003)
- Lottspeich F.: Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 38, 2476 (1999)
- Rao P. V. et al.: J. Biol. Chem. 273, 30669 (1998)
- Abbott A.: Nature 402, 715 (1999)
- Jenkins R. E., Pennington S. R.: Proteomics 1, 13 (2001)
- Pandey A., Mann M.: Nature 405, 837 (2000)
- Eisenberg D. et al.: Nature 405, 823 (2000)
- Klose J., Kobalz U.: Electrophoresis 16, 1034 (1995)
- Corthals G. L. et al.: Electrophoresis 21, 1104 (2000)
- Anderson N. L., Anderson N. G.: Electrophoresis 19, 1853 (1998)
- Görg A. et al.: Electrophoresis 21, 1037 (2000)
- Quadroni M., James P.: Electrophoresis 20, 664 (1999)
- Righetti P. G. et al.: Proteomics 3, 1397 (2003)
- Lopez M. F.: Electrophoresis 21, 1082 (2000)
- Lopez M. F. et al.: Electrophoresis 21, 3427 (2000)
- Rabilloud T.: Electrophoresis 19, 758 (1998)
- Herbert B. R. et al.: Electrophoresis 19, 845 (1998)
- Molloy M. P. et al.: Electrophoresis 19, 837 (1998)
- Santoni V. et al.: Electrophoresis 21, 1054 (1999)
- Deshusses J. M. P. et al.: Proteomics 3, 1418 (2003)
- Görg A. et al.: Electrophoresis 20, 712 (1999)
- Görg A. et al.: Electrophoresis 9, 531 (1988)
- Washburn M. P., Wolters D., Yates J. R. 3.: Nat. Biotechnol. 19, 242 (2001)
- Wolters D. A. et al.: Anal. Chem. 73, 5683 (2001)
- Washburn M. P. et al.: Anal. Chem. 74, 1650 (2002)
- Gygi S. P. et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 9390 (2000)
- Link A. J. et al.: Nat. Biotechnol. 17, 676 (1999)
- Collinsová M., Jiráček J.: Chem. Biol. 10, 113 (2003)
- Collinsová M., Jiráček J.: Curr. Med. Chem. 7, 629 (2000)
- Dive V. et al.: Biochem. Soc. Trans. 28, 455 (2000)
- Nuhse T. S. et al.: Proteomics 2, 1234 (2003)
- Blackstock W. P., Weir M. P.: Trends Biotechnol. 17, 121 (1999)
- Templin M. F. et al.: Proteomics 3, 2155 (2003)
- Wells W. A.: Chem. Biol. 6, R259 (1999)
- Kodadek T.: Chem. Biol. 8, 105 (2001)
- MacBeath G., Schreiber S. L.: Science 289, 1760 (2000)
- Cho S. et al.: J. Biochem. Mol. Biol. 37, 45 (2004)
- Celis J. E. et al.: Cancer Res. 59, 3003 (1999)
- Spahr C. S. et al.: Proteomics 1, 93 (2001)
- Wulfkuhle J. D. et al.: Nat. Rev. Cancer 3, 267 (2003)
- Alaiya A. A. et al.: Electrophoresis 21, 1210 (2000)
- Witzmann F. A. et al.: Electrophoresis 21, 2138 (2000)
- Rohlff Ch.: Electrophoresis 21, 1227 (2000)
- Perrot M. et al.: Electrophoresis 20, 2280 (1999)
- Celis J. E. et al.: FEBS Lett. 430, 64 (1998)
- Jung E. et al.: Electrophoresis 21, 3369 (2000)
- Fountoulakis M. et al.: Electrophoresis 23, 311 (2002)
- Newton A. D. et al.: Proteomics 3, 1162 (2003)
- Collinsová M., Jiráček J.: nepublikované výsledky
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
PROTEOMIKA V POSTGENOMOVÉ DOBĚ
2005||Vědecké články
Chem. Listy 99, 886 − 889 (2005) Referáty PROTEOMIKA V POSTGENOMOVÉ DOBĚ ných typů či vnitřního prostředí organismu, které se mění v závislosti na stárnutí, při adaptaci na změny vnějšího prostředí a v průběhu nemoci. Proteiny jsou stále pozměňovány. Navazují…
Klíčová slova
referáty, referátypeptidů, peptidůhmotnostní, hmotnostníproteinů, proteinůproteomu, proteomuproteomů, proteomůjsou, jsoubuňce, buňceproteinové, proteinovéjediného, jedinéhopotřebu, potřebupoprvé, poprvéprotein, proteinspecifické, specificképroteiny
INTEGROVANÁ ŘEŠENÍ PRO PROTEOMICKÉ PRACOVNÍ POSTUPY - SIGMA-ALDRICH
2005|Merck|Vědecké články
Chem. Listy 99, 906 − 914 (2005) Referáty INTEGROVANÁ ŘEŠENÍ PRO PROTEOMICKÉ PRACOVNÍ POSTUPY – SIGMA-ALDRICH KLAUS HERICK 1. Úvod SIGMA-ALDRICH Chemie GmbH, Eschenstr. 5, D-82024 Taufkirchen, Německo [email protected] Proteomické analýzy zahrnují mnoho stupňů od izolace buněčných komponent, přes elektroforetickou…
Klíčová slova
referáty, referátypro, prokatalogové, katalogovéproteoprep, proteoprepčíslo, čísloodstranění, odstraněníigg, iggtrypsinem, trypsinempryskyřice, pryskyřicealbuminu, albuminuphos, phosproteinu, proteinuprot, protprotilátkách, protilátkáchexprese
POKROČILÉ METODY STUDIA VZÁJEMNÝCH INTERAKCÍ PROTEINŮ S DNA
2017||Vědecké články
Chem. Listy 111, 136141(2017) Referát POKROČILÉ METODY STUDIA VZÁJEMNÝCH INTERAKCÍ PROTEINŮ S DNA LUCIE BÉRESOVÁa,b a RENÉ LENOBELb Zdokonalování metod studia proteinových interakcí s DNA molekulami je v popředí zájmu řady molekulárněbiologických oborů. Tyto metody mohou být klasifikovány na základě…
Klíčová slova
dna, dnaproteinů, proteinůafinitní, afinitnílze, lzeproteinu, proteinuinterakce, interakcefluorescenční, fluorescenčníreferát, referátchromatografie, chromatografiekvantitativní, kvantitativnímikroskopie, mikroskopiemetody, metodyemsa, emsalokalizace, lokalizaceproteiny
PROTEOMIKA JAKO KOMPLEXNÍ PŘÍSTUP KE STUDIU FYZIOLOGICKÝCH REGULACÍ U BAKTERIÍ
2005||Vědecké články
Chem. Listy 99, 890 − 895 (2005) Referáty PROTEOMIKA JAKO KOMPLEXNÍ PŘÍSTUP KE STUDIU FYZIOLOGICKÝCH REGULACÍ U BAKTERIÍ Obrovské množství sekvenačních dat popisujících struktury stále většího počtu genomů prokaryotních a eukaryotních organismů vyvolává potřebu efektivních a vysokokapacitních technik dovolujících přiřazení…
Klíčová slova
proteinů, proteinůreferáty, referátyjejich, jejichproteomika, proteomikapři, připroteomové, proteomovéstudiu, studiufyziologických, fyziologickýchdovoluje, dovolujebiologie, biologiebakterií, bakteriíjako, jakomolekulární, molekulárnístruktury, strukturysignatury