فناوری‌های اُمیکس

قسمت چهارم: پروتئومیکس

قسمت قبل

با تكمیل پروژه ژنوم انسان مشخص شد كه مكانیسم مولكولی رفتار سلولها در شرایط مختلف را نمی توان تنها از روی توالی ژنهای آنها پیشگویی كرد. رفتار سلولی و تمام فعالیت هایی كه در سلول انجام می شود بر عهده پروتئین ها است. در واقع برای ارتباط ژنوم با رفتار سلولها باید پروتئین های سلول ها را شناخت. به كلیه پروتئین هایی كه در یك سلول در یك زمان مشخص بیان می شوند، پروتئوم آن سلول گفته می شود و این پروتئوم است كه فاصله بین ژنوم و مكانیسم مولكولی رفتار سلولی را پر می كند. برخلاف ژنوم، برای هر اورگانیسم نمی توان یك پروتئوم واحد تعریف كرد.

پروتئوم سلول های مختلف با یكدیگر متفاوت اند، یعنی سلول ها علاوه بر پروتئین های ضروری كه در همه انواع سلول ها بیان می شوند، دارای یكسری پروتئین های اختصاصی نیز هستند. از اینرو بهتر است پروتئوم را برای هر یك از انواع سلول ها تعریف نمود. با این حال پروتئوم یك نوع سلول نیز همیشه ثابت نیست. سلول در برابر شرایط مختلف محیطی و پیام هایی كه از سلول های اطراف دریافت می كند، پروتئین های مختلفی را بیان می كند. بعبارت دیگر هر سلول تحت شرایط مختلف پروتئوم های متفاوتی دارد، بنابراین برای شناسایی مكانیسم های مولكولی رفتار سلولی و واكنشهای زیستی، لازم است پروتئین هایی كه در یك سلول بیان می شود، تغییرات آنها در شرایط مختلف، عملكرد آنها و همچنین برهمكنش های بین پروتئین های مختلف در یك سلول، بررسی شود. به مجموعه ی این بررسی ها نقشه برداری پروتئوم یا پروتئومیكس، گفته می شود.

نقشه برداری پروتئوم

مطالعه پروتئوم به سادگی مطالعه ژنوم نیست. زیرا پروتئینها را نمی توان همانند DNA  به روشی مشابه PCR تكثیر كرد. همچنین توالی های پلی پپتید نمی توانند به توالی های اسیدآمینه ای مكمل خود متصل شوند. بنابراین برای مطالعه پروتئوم باید از ابزار و  روش های ویژه ای استفاده كرد. در پروتئومیكس نه تنها كلیه پروتئین هایی كه در یك سلول در یك شرایط مشخص بیان می شوند، مورد بررسی قرار می گیرند، بلكه عملكرد و رفتار پروتئین ها، برهمكنش های بین پروتئین های مختلف، آرایش هایی كه پس از ترجمه بر روی پروتئین ها ایجاد می شود و نیمه عمر آنها در سلول نیز مورد بررسی قرار می گیرد.

در واقع پروتئومیكس از سه بخش تشكیل شده است:

1. مشخص كردن كلیه پروتئین هایی كه در سلول بیان می شود. در این بخش، كلیه پروتئین هایی كه در سلول تحت یك شرایط معین (مانند حالت استراحت، رشد، تمایز، بیماری، تاثیر دارو و ...) بیان می شود، مشخص می گردد. به این ترتیب می توان پروتئین هایی كه در شرایط مختلف بیان می شوند یا میزان بیان آن ها تغییر می كند را شناسایی كرد و به عملكرد آنها پی برد. شناسایی این پروتئین ها در تشخیص بیماری و بررسی روند پیشرفت یا بهبودی آنها و همچنین شناسایی داروهای جدید، مفید می باشد.

2. نقشه برداری برهمكنش های بین پروتئینی: پروتئین ها در سلول بصورت منفرد عمل نمی كنند و اغلب تأثیر خود را با همكاری پروتئین های دیگر و برهمكنش با آن ها اعمال می كنند. نمونه بارز برهم كنش های پروتئینی، در مسیرهای انتقال پیام و مسیرهای بیوسنتزی مشاهده می شود. با شناسایی این برهمكنش ها، بطور كارآمدتری می توان عملكرد و رفتار پروتئین ها را مشخص كرد.

3. نقشه برداری آرایش های پروتئینی: اغلب پروتئین ها پس از ترجمه متحمل آرایش های مختلفی مانند، گلیكوزیله شدن، متیله شدن، استیله شدن، فسفریله شدن و ... می شوند. این آرایش ها بر فعالیت و عملكرد پروتئین ها، همچنین ساختار فضایی، پایداری و نیمه عمر آنها تأثیر می گذارد. بسیاری از داروها گروه های الكتروفیلی دارند كه از طریق آنها به پروتئین هدف متصل شده و اثر خود را اعمال می كنند. شناسایی این آرایش ها، تاثیر آنها بر عملكرد پروتئین ها و شرایطی كه منجر به این آرایش ها می شود، به شناسایی رفتار و عملكرد پروتئین ها كمك می كند.

    ادامه دارد...

منابع:

Anderson NL, Anderson NG (1998). "Proteome and proteomics: new technologies, new concepts, and new words". Electrophoresis 19 (11): 1853–61.

Simon Rogers, Mark Girolami, Walter Kolch, Katrina M. Waters, Tao Liu, Brian Thrall and H. Steven Wiley (2008). "Investigating the correspondence between transcriptomic and proteomic expression profiles using coupled cluster models". Bioinformatics 24 (24): 2894–2900.

Blackstock WP, Weir MP (1999). "Proteomics: quantitative and physical mapping of cellular proteins".Trends Biotechnol. 17 (3): 121–7.