Сторінка
2

Протеоміка

У той час як визначення послідовностей геному людини є основою повномасштабного дослідження протеїнів, необхідно пам'ятати, що дослідження протеїнів були предметом інтересу вчених протягом тривалого часу. Дослідники, які працюють в протеоміці, просто глузують із тверджень про те, що ця область науки тільки зараз з'явилася. Насправді, на початку 1980 років Anderson очолював спеціальну групу індексування протеїнів людини, яка намагалася проводити систематичні дослідження протеому людини і розвивати аналітичні методи, необхідні для цих досліджень. Ці спроби наштовхнулися на відсутність як політичної підтримки і фінансування, так і обмежень з боку технології. Сьогодні дослідження протеїнів виявилися в центрі уваги по двох причинах. По-перше, геном розшифрований і прискорення протеомних досліджень є наступним логічним кроком. По-друге, технологія проведення протеомних досліджень швидко розвивається.

Абетка протеїнів

Протеїни служать для виконання величезного числа функцій в організмі. Ці протеїни включають:

- Ензимні протеїни, що служать каталізаторами біохімічних реакцій у клітках і таких функцій як травлення

- Транспортні протеїни, такі як гемоглобін, що переносить кисень з легень до інших частин тіла

- Структурні протеїни, такі як колаген і еластин, що забезпечують фіброзну основу сполучних тканин у тваринних організмах

- Зберігаючі протеїни, такі як казеїн, що є головним джерелом амінокислот для організмів дитинчат ссавців

- Гормональні протеїни, такі як інсулін, який допомагає регулювати концентрацію цукру в крові

- Рецепторні протеїни, що вбудовуються в мембрани нервових кліток і детектируют хімічні сигнали, передані іншими нервовими клітками

- Скоротні протеїни, такі як міозин, що відіграє велику роль у русі м'язів

- Захисні протеїни, що включають антитіла, що захищають організм від хвороб

Протеїни виробляються або «виражаються» рибонуклеїновою кислотою (RNA чи РНК), що визначається ДНК у генах. Кожен протеїн — це ланцюжок амінокислот. У людському тілі використовуються тільки 20 амінокислот для виробництва протеїнів, але ці амінокислоти вибудовуються в ланцюжки незліченною кількістю способів. Порядок або послідовність амінокислот відіграє величезну роль у визначенні функції конкретного білка в організмі. Іншим визначальним фактором є просторова структура протеїну.

Порядок, у якому вибудовуються амінокислоти, диктується визначеними фрагментами ДНК, називаними нуклеотидами. Кожний нуклеотид містить цукрову групу, фосфатну групу й одне з чотирьох сполук, називаних базовими. Ці чотири бази — аденін, тимін, цитозин і гуанін. Пасмо спіралі ДНК у дійсності складається з ланцюжка нуклеотидів. Три нуклеотида в ряд утворюють кодон, і порядок базових речовин у кодоні диктує, яка з 20 амінокислот буде вироблятися.

Наприклад, якщо три базових речовини стоять у наступному порядку — тимін, цитозин, аденін — буде вироблятися серін. Однак, якщо бази стоять у наступному порядку — аденін, цитозин, тимін — буде вироблятися треонін. Таким чином, ланцюжок ДНК робить численні амінокислоти, що потім зв'язуються один з одним для формування протеїнів.

Проблеми з протеїнами

Практично усі хвороби можуть бути простежені до змін, що відбуваються на протеїновому рівні. Наприклад: генетичні мутації на рівні ДНК можуть викликати неправильне виробництво протеїнів. Приміром, це відбувається при серповидної клітинної анемії. Протеїн гемоглобін викликає перетворення червоних кров'яних тілець у ненормальну серповидну форму, оскільки одне з базових речовин у кодоні неправильно замінене іншим. Формування однієї неправильної амінокислоти викликає ненормальність у гемоглобіні, що додає кліткам еритроцитів серповидну форму.

Часто протеїни вимагають модифікації після трансляції (тобто після створення за планом ДНК) для того, щоб сприяти виконанню ними визначених функцій в організмі. Наприклад, протеїни, що викликають утворення кров'яних тромбів, залишаються неактивними доти, поки не перетерплюють відповідних змін. Отже, неправильна післетрансляційна модифікація є другою причиною неправильного функціонування протеїнів.

Ще одна причина проблем із протеїнами — це поліморфізм. Це невеликі варіації ДНК, що роблять індивідуальних живих особей відмінними друг від друга. Цей же поліморфізм також робить деякі особи більш схильними до визначених хвороб і ця схильність неминуче просліджується до ненормальності генерації і взаємодії протеїнів.

Протеоміка відкриває прекрасну можливість систематичного вивчення процесів генерації і взаємодії протеїнів.

ПРОТЕОМІКА: НОВІ ГОРИЗОНТИ В ФАРМАКОЛОГІЇ

На сьогоднішній день вже розшифровано геном сотень патогенних бактерій, деяких грибів, нематод, дрозофіли та миші; проводяться дослідження з вивчення геному ще 820 видів тварин та рослин. Сенсацією 2000 р. стало розшифрування геному людини у попередньому варіанті. Геном — це весь генетичний матеріал (ДНК) даного організму. У людини він складається приблизно з 3 млрд пар нуклеотидів, частина яких входить до складу 25–40 тис. генів і міститься у кожній з близько 10 трлн клітин нашого організму (Human genomes, public and private // Nature. — 2001. — 409. — P. 745).

Значення більшості генів у життєдіяльності клітини ще не з’ясовано. Провідні вчені світу сподіваються визначити точну функціональну роль генів шляхом розшифрування протеому — повного набору білків, що кодуються геномом. Виникла нова наука протеоміка, яка вивчає структуру та функцію протеому. Майже одночасно з оприлюдненням попередніх результатів дослідження структури генетичного коду людини було засновано Організацію з вивчення людського протеому (Human Proteomе Organization (HUPO)), завдання якої — координування широкомасштабних досліджень у галузі вивчення білків і забезпечення їх наукової та фінансової підтримки. Фахівці вважають, що порушення біосинтезу та процесингу білків лежать в основі молекулярних механізмів розвитку захворювань. Як відзначив один із засновників HUPO, білки відіграють ключову роль в життєдіяльності клітини та розвитку захворювання, тому без конкретних зусиль фахівців у галузі протеоміки цінні досягнення геноміки реалізувати буде неможливо (Abbott A. And now for the proteome. . . // Nature. — 2001. — 409. — P. 747). Нові розробки у галузі протеоміки, поза всяким сумнівом, дадуть поштовх бурхливому розвитку біотехнологічних методів у сучасній фармакології та фармацевтичній індустрії і відкриють широкі можливості ефективного лікування більшості захворювань.