Il Proteoma Umano

Proteoma: è l'insieme delle proteine che costituiscono le cellule e i tessuti del nostro corpo. Il termine proteoma fu coniato nel 1994 da Marc R. Wilkins per definire il complemento proteico codificato da un genoma.

Proteomica: scienza che identifica tutte le proteine prodotte in una determinata cellula, tessuto o organismo; definisce come queste proteine si organizzino in reti simili a circuiti elettrici; descrive infine l'esatta struttura tridimensionale di queste proteine con lo scopo di trovare il loro tallone di Achille, ossia il punto in cui l'azione di un farmaco potrebbe attivarne o disattivarne la funzione.

Proteina: catena di amminoacidi (20 tipi diversi) legati tra loro. Assume una forma che caratterizza la sua funzione.

L'importanza delle proteine

sono le molecole più importanti dell'organismo

compiono la maggior parte del lavoro delle cellule

permettono di distinguere i diversi tipi di cellule

Conseguenze

I ricercatori di laboratori privati e pubblici stanno cercando di catalogare tutte le proteine umane per capirne le interazioni.

Scopo

Poter concepire farmaci migliori con meno effetti collaterali.

Il business della proteomica

Grandi investimenti sono stati fatti e si fanno nel campo della proteomica. Questa scienza è il futuro della farmacia. Secondo Frost&Sullivan il mercato globale per gli strumenti, i reagenti e i servizi sulla proteomica raggiungerà i 5,6 miliardi di dollari nel 2005, inoltre gli investimenti nel 2000 sono stati di 30 miliardi di dollari.

Il Progetto Proteoma è molto più complicato del Progetto Genoma

Completato il progetto genoma si pensava che sarebbe stato piuttosto facile capire il proteoma, ma ci si sbagliava poiché:

Il Dna è formato da solo 4 basi chimiche, mentre le proteine sono formate da ben 20 amminoacidi.

I geni hanno struttura lineare mentre le proteine hanno strutture molto più complesse ed in alcuni casi le cellule vi aggiungono acidi grassi e zuccheri.

Inoltre non si può codificare una proteina conoscendone solo l'ordine degli amminoacidi.

Per comprendere i funzionamento del proteoma bisogna conoscere tutte le migliaia di proteine prodotte da una cellula ed oggi si è all'oscuro di circa il 30-50%. È però realistica l'ipotesi di arrivare al proteoma umano completo entro il 2004-2005.

Come la proteomica può aiutare lo sviluppo dei farmaci

la massa, il confronto dei gel rivela una proteina prodotta nel tessuto tumorale, ma non in quello normale" v:shapes="_x0000_s1139">

Controllo degli effetti collaterali dei nuovi farmaci

Fabbrica di proteine

Per capire quali proteine siano presenti in determinate cellule o tessuti, vengono generalmente usate due tecniche:

L'elettroforesi bidimensionale su gel

Spettrometria di massa

Questa tecnica consiste nel depositare un piccolo campione della miscela di proteine sopra un sottile strato di un particolare gel in grado di separare le proteine spostandole in direzioni opposte a seconda della loro massa e della loro carica elettrochimica . Poiché le proteine hanno massa e carica elettrochimica distinte, ognuna viene riconosciuta sul gel come una macchia. Prelevando poi le macchie distinte nel gel, con altri strumenti, è possibile identificare le proteine in esse contenute. Con questa tecnica inoltre è possibile riconoscere a quale tessuto appartengono determinate proteine.

Utilizza invece campi elettrici o magneti per separare le proteine in base alla massa degli atomi presenti in ognuna di esse e i risultati vengono stampati su un grafico lineare.

Tutte le due tecniche però non sono considerabili perfette in quanto nella prima i gel sono difficili da gestire e spesso non permettono di distinguere da proteine molto grandi da quelle piccole, né quelle parzialmente immerse in una membrana.

Per questi motivi molte aziende stanno costruendo macchine sempre più sofisticate per poi usarle in larga misura.

Nel gennaio '02 la APPLIED BIOSYSTEMS, una delle aziende più competitive nel campo, ha presentato una nuova macchina basata sulla spettrometria di massa e contemporaneamente ha stretto un accordo con PARKINELMEN e MILLIPORE per lo sviluppo di un sistema automatico di preparazione e analisi di elettroforesi bidimensionale, progetto per il quale l' azienda spera che ciò consenta ai ricercatori di lavorare in tempi decisamente minori.

Ma nel campo della proteomica questo non sarà l' unico strumento, perché questo settore è nuovo e la concorrenza spera ancora di migliorare le tecniche, intanto costruendo laboratori di proteomica, dove in alcuni dei quali sono presenti macchinari derivati dalle industrie automobilistiche per compiere lavori ripetitivi come il PIPPETTAGGIO e la sostituzione del mezzo di coltura.

Molti laboratori sono finanziati da grandi industrie di fama mondiale allo scopo di decifrare l'intero proteoma umano. Ma in realtà alcune voci critiche sostengono che non esiste un unico proteoma umano, infatti le cellule del pancreas sono molto differenti da quelle del cervello e sono anche molto variabili. Ad es. le proteine prodotte dal corpo umano sono differenti dal normale se si ha bevuto un bicchiere di vino da poco tempo.

Quindi si possono catalogare tutte le proteine presenti nell'organismo, ma è più difficile capire come lavorano se si vogliono creare dei farmaci, perché bisogna conoscere la quantità proteica in ogni cellula e le condizioni al mutamento delle condizioni circostanti. Inoltre bisogna sapere come le diverse proteine collaborino tra loro per formare reazioni chimiche o creare meccanismi molecolari come il fuso metodico che separa le due cellule.

Studi dei ricercatori della MDS Proteomics sulle interazioni tra proteine nelle cellule del lievito di birra

Inserimento di frammenti di DNA codificati per etichette che aderiscono ai geni di lievito.

Si isolano le proteine prodotte dai geni modificati rompendo le cellule del lievito e facendo passare la soluzione attraverso una colonna di microsfere.

La soluzione di proteine viene sottoposta a spettrometria di massa.

Vengono analizzati i dati.

Risultati

Più del 90% dei complessi di proteine conteneva molecole dalle funzioni sconosciute.

L' 80% di queste proteine interagiva con almeno un'altra proteina.

Il progetto sul proteoma del lievito di birra è stato completato in poche settimane; si vuole applicare questa tecnica per lo studio del proteoma umano, ma non si conosce ancora su quali tipi di cellule si voglia operare.

Ricerca pubblica

L'Università del Michigan ha fondato la HUPO (Human Proteome Organization), per il coordinamento di progetti di ricerca pubblici sul proteoma, come era già stato fatto per la ricerca pubblica sul genoma umano.

Obbiettivo principale della HUPO: determinazione delle proteine presenti nel siero del sangue

Forma delle proteine

Per determinare la forma delle proteine si utilizza la cristallografia a raggi x: analizzando in che modo i raggi x vengono deflessi dagli atomi della proteina, si può disegnare la conformazione della proteina; si utilizza un fascio di raggi x emesso da un sincrotrone, apparecchio usato dai fisici per studiare le particelle subatomiche. La cristallografia richiede la produzione di un cristallo puro della proteina da studiare.