Pourquoi devrions-nous peser chaque protéine au corps humain ?

Thought LeadersNeil L. KelleherWalter and Mary Glass Professor of Molecular
Biosciences at Northwestern University &
Director of the Proteomics Center of Excellence

Une entrevue avec prof. Neil Kelleher, conduit par Alina Shrourou, BSC

On lui a annoncé que vous ferez un entretien en tant qu'élément « protéomique structurelle de spectrométrie de masse et de haut vers le bas des colloques de Proteoforms et de leurs composés » chez Pittcon 2018. Pouvez-vous veuillez donner le projet que vous fonctionnent en circuit et discuteront pendant votre entretien ?

Je suis Neil Kelleher et je suis un professeur à l'Université Northwestern. Je présente un exposé de récompense chez Pittcon 2018 à Orlando, la Floride, car un bénéficiaire avances de Pittcon des « dans le poste d'assistant de la Science de mesure attribue ». Ce doit de mon engagement aider à former une communauté appelée le consortium pour la protéomique hiérarchisée.

© Raimundo79/Shutterstock.com

Notre mission est d'avancer la mesure des protéines humaines avec une précision plus grande, pour porter au monde les avantages de la spécificité moléculaire absolue quand il s'agit d'interroger des protéines au niveau moléculaire. Par conséquent, la pleine expression de cette visibilité est d'ordonnancer le protéome humain, et est c'au sujet de ce que le projet humain cellulaire de protéome est. Il nous introduit dans une conversation réellement intéressante, ouverte, et provocatrice au sujet de la science et technologie.

Le projet humain cellulaire de protéome est quelque chose I proposé en 2012 et avait avancé depuis lors avec le support du consortium pour la protéomique de haut vers le bas et le programme de Paul G. Allen Frontiers. La proposition était de tracer 250.000 proteoforms dans 4.000 types différents de cellules.

Nous avons déjà déterminé le génome humain. Quelle est l'importance en protéines de compréhension au même niveau ?

Le génome est le modèle. Maintenant 20 ans après, nous savons qu'il y a environ 20.000 gènes humains. Ils produisent des millions de différentes molécules dans tous les différents types de cellules.

Quand vous commencez parlant des mécanismes des maladies, la précision avec laquelle nous comprenons la biologie pilotant la maladie est liée à la précision avec laquelle nous avons analysé les protéines impliquées.  Ainsi à est notre capacité de trouver et traiter de divers types et sous-types de la maladie.

Les biologistes conviendraient que les protéines sont les médiateurs de beaucoup de ce que nous appelons un phénotype de la maladie. Par exemple, regardant l'expression extérieure des cellules cancéreuses élevant dans quelqu'un des organes - ce phénotype est une combinaison des gènes et des oncogenes pilotant le cancer, quel type de cancer c'est, comment le vaincre et rétrécir la tumeur - toutes ces choses concernent les protéines qui composent un phénotype de maladie spécifique pour une personne particulière. On doit entièrement comprendre les protéines afin de comprendre et traiter la maladie dans les tentatives sauf que personne.  

Quel est un proteoform et comment elles est employé dans le domaine de la protéomique ?

Un proteoform est la composition moléculaire exacte d'une molécule de protéine, et c'est l'élément de la monnaie que la communauté proteomic commence à mesurer et à partager. Il peut se composer de plusieurs sources de variation qui rendent la biologie si énigmatique et difficile à coincer.

Les protéines varient en raison du nombre de procédés qui peuvent se produire à eux, y compris des polymorphismes, des mutations, l'épissage alternatif, des isoforms et des modifications goujon-de translation. Un moyen simple de décrire toute cette variation est le terme « proteoform ». Tout le monde dans la protéomique capte le mot - il devient beaucoup moins juste de « mot » et plus d'un « mouvement » dans la protéomique.

Comment une protéine peut-elle être mesurée pour déterminer ses proteoforms ?

La stratégie de mesure va juste au coeur de la science de mesure, et nous préconisons pour qu'une plate-forme neuve améliore la protéomique :  appelez-la la « protéomique 2,0".

Nous embrassons l'idée qu'au lieu d'impliquer des proteoforms de bas en haut, nous les mesurons directement, utilisant la spectrométrie de masse hiérarchisée. C'est l'idée de peser la protéine entière d'abord et de la dégrader ensuite une fois que vous avez tracé ce que les proteoforms existent directement au niveau de proteoform.

L'approche de mesure que vous employez réellement des chocs comment vous voyez la diversité de protéine. L'inducteur a été en grande partie piloté par protéomique ascendante. Par conséquent il avait éclairé pour employer une approche neuve afin de vérifier ce qui se produit dans le règlement de la biologie à base de protéines.

Comment la science est-elle retenue de retour en ne connaissant pas toutes les formes d'une protéine ?

La recherche biomédicale fondamentale est tout au sujet de précision croissante, au sujet des molécules de la durée. Car vous avez des hypothèses au sujet de quelques aspects mécanistes de biologie cellulaire, en connaissant les protéines avec précision et en ayant le catalogue de référence des proteoforms humains, cette référence serait comme activant à long terme, comme le génome humain a été de génétique à la médecine clinique.

L'autre chose qui vous obtiendriez est plus de mesures par dollar.  Si vous avez la liste des références de proteoforms et de types connus de cellules, vous pouvez augmentant les types de réactifs que vous pourriez produire et acheter. Les gouttes d'économies d'échelle, de volume et de coût, suivraient réellement ce genre de projet.

De façon générale, il est au sujet d'élever le rendement de la recherche biomédicale maintenant et de trouver les bornes à base de protéines de valeur supérieure de la maladie. Les procédés actuels pour la recherche biomédicale, telle que le développement de médicament, sont hautement inefficaces, et deviendraient plus efficaces si nous connaissions tous les proteoforms possibles.

Veuillez donner l'information que vous vous présenterez en votre séance intitulée « spectrométrie de masse » chez Pittcon 2018.

Il sera d'observer le projet humain cellulaire de protéome, pour l'encadrer pour ceux qui ne savent pas à son sujet, mettant en valeur la visibilité de « milliard de proteoforms à $1 ». J'irai alors plus profond dans la nature du projet et les motivations pour lui. Je discuterai également le genre de science de mesure utilisé dans le projet, protéomique hiérarchisée, avec l'art et la science des proteoforms de mesure devenant un point focal important.

Quelque chose qui s'est produite cette année qui De-a grand risqué le projet humain cellulaire de protéome et l'a rendu beaucoup plus faisable, est l'atlas de cellule humaine - un groupe financé par le Chan Zuckerberg Biohub, dont la mission est de régulariser et classe tous les types de cellules humaines.

Avec ceci, je me sens comme la marée pourrais tourner en faveur de cette idée que nous devrions tracer et ordonnancer toutes les différentes protéines dans tous les différents types de cellules. Le problème était nous n'a pas eu un plan de ce qu'étaient tous les types de cellules mais cela maintenant est adressé. Ce sera mon histoire à dire chez Pittcon 2018.

Chez Pittcon 2018, il y aura tous les meilleurs constructeurs produisant le matériel pour la recherche de protéomique. Cela comprend non seulement la spectrométrie de masse et la chromatographie, mais également les anticorps et toute autre technologie complémentaire qui seraient stimulés par le projet.

Comment la spectrométrie de masse est-elle impliquée avec peser des protéines dans le projet cellulaire de protéome ?

Il est difficile d'envisager une autre technologie sans compter que la spectrométrie de masse qui peut avec précision mesurer la composition d'atome des molécules de protéine avant qu'elles soient connues. Pour tracer directement et des proteoforms de séquence, vous devez directement analyser la protéine entière - qui est seulement possible utilisant la protéine entière, ou hiérarchisé, spectrométrie de masse.

Cependant, il est important de noter que c'est le type d'exécuter Spéc. de la masse et la voie que des échantillons sont traités qui permet pour ordonnancer des proteoforms. Cette méthode est spectrométrie de masse hiérarchisée appelée ou protéomique hiérarchisée. C'est la seule voie que nous actuel devons découvrir des proteoforms. Une fois qu'ils sont connus, vous avez toutes sortes d'unicellulaire, la technologie d'unique-molécule qui pourrait être employée.

Veuillez donner la stratégie hiérarchisée pour analyser des protéines.

Elle est dans le nom - d'abord vous pesez la protéine entière à ce que nous appelons le niveau MS1, puis là de vous mesure ses composantes, au niveau MS2.

Je pense parfois à la protéine de mot comme fiction - si vous avez 10 proteoforms différents que lui composent, puis ce que voulez dire vous par la protéine ? C'est pourquoi nous voulons cataloguer ces proteoforms avec précision, ainsi nous connaissons exact ce qu'est cette protéine.

Pour une protéine donnée, vous devez imaginer étendre les composantes. Dites qu'il y a 10 signes, que tout pèse différemment ou a différentes compositions d'atome. Alors vous isoleriez l'une d'entre elles dans la condition de gaz, dans le spectromètre de masse. De plus, vous pouvez les séparer pendant la phase condensée utilisant la chromatographie ou l'électrophorèse avant spectrométrie de masse. Il y a chambre pour beaucoup d'innovation là.

Une fois que vous avez le proteoform sous sa forme pure, même si seulement pendant une micro-seconde à l'intérieur d'un spectromètre de masse, vous puis il éclat il dans toutes les pièces qui servent d'empreinte digital - le niveau MS2. Vous pouvez avoir des centaines d'ions d'éclat qui sont produits à partir d'un proteoform, et qui te permet de recenser, qui des 20.300 gènes humains a produit ce proteoform et exact ce qui est il.

Il y a deux modes de hiérarchisé, il y a le mode dénaturé et le mode indigène. Le mode indigène et plus neuf, permet la bonne couverture des protéines de la masse très élevée et même des composés entiers de protéine. La majeure partie de protéomiques est en ce moment le mode dénaturé hiérarchisé, mais j'arguerai du fait chez Pittcon que le mode indigène a beaucoup de parties supérieures, et que nous devrions développer plus de technologies pour la découverte hiérarchisée de protéomique en mode indigène.

Combien de proteoforms ont été découverts jusqu'ici ? Veuillez fournir un exemple de la façon dont ceux-ci ont avancé la science.

Chacun pense qu'il y a plus de proteoforms qu'il y a. Il est facile de penser que, à cause de combien de modifications peuvent être possibles sur des protéines, la variété dans la masse, comment elle a écaillé (exponentiellement), et plus. Vous produisez tous ces proteoforms potentiels dans un ordinateur mais queest-ce que fait la biologie effectuent réellement ? Ce que j'essaye de faire est de les cataloguer et de prouver qu'elles peuvent être tracées, même la haut-masse, les protéines élevé-compliquées, et qu'elles existent dans un numéro limité des proteoforms.

Il y a un nombre de plus en plus important des cas, mais un exemple particulier a été trouvé dans la cardiopathie et la protéine ApoC-III. En cette protéine il y avait quatre proteoforms. L'un d'entre eux était glycosylé et marqué très attentivement aux niveaux des peuples HDLC (le bon cholestérol). C'est d'ici que nous pouvons vérifier davantage dans si les proteoforms spécifiques indiquent le risque - par exemple, quelqu'un risque de crise cardiaque ? Bien que plus de recherche soit nécessaire ici pour prendre la prochaine mesure, la revendication fondamentale que le mappage de proteoform et l'ordonnancement mèneront à l'analyse fonctionnelle profonde, s'avère vraie.

Elle est en microbiologie, avec où il est facile se développer et expérimenter des bactéries, où les proteoforms hiérarchisés ont excelé en produisant la clarté. Il y a un cas du mappage de 25 proteoforms dans des bactéries, et seulement quelques uns de eux ont eu une certaine modification goujon-de translation, signification que ces proteoforms étaient dans la membrane des bactéries.

Dans un autre exemple, les chercheurs ont vérifié les bactéries qui entraîne la méningite. Les auteurs ont tracé 20-30 formes de pilin appelé de protéines, et ils ont eu une modification goujon-de translation exceptionnelle sur elles. Les plus de cette modification goujon-de translation qu'ils ont eue, plus l'infectieux, et plus le pathogène, plus l'organisme était virulent. Ceci nous donne une analyse énorme dans la meilleure maladie de compréhension et pour cette raison des demandes de règlement se développantes.

Protéomique 2,0 d'AZoNetwork sur Vimeo.

Que le contrat à terme retient-il pour les médicaments à base de protéines ?

Les médicaments à base de protéines sont un du commandant conduisant des marchés qui produit plus d'intérêt pour des méthodes hiérarchisées. Par exemple, il y a un médicament qui traite la sclérose en plaques et c'est un médicament à base de protéines. Ils ont tracé 138 proteoforms de ce médicament pendant qu'il vieillissait sur le rayon.

Pendant le développement de médicament, il semble qu'inefficace et même illogique à moi pour l'assimiler dans des centaines de pièces à puis faites votre analyse, comme dans l'approche ascendante. Je comprends qui était la seule voie que nous pourrions faire des choses précédemment, mais il y a beaucoup d'incertitudes qui résultent de cette méthode, due aux effets de l'oxydation ou de la désamidation. Tellement alors elle vous incite à s'interroger, « était elle ma méthode ou était lui le médicament ? »

Pour ces raisons, je pense que hiérarchisé a un potentiel énorme pour les médicaments à base de protéines. Si vous voulez connaître la composition moléculaire précise d'une protéine, la voie de la faire est hiérarchisée.

Que rend des chercheurs peu disposés à adopter cette méthode ?

Pendant les dernières cinq années, l'industrie et la condition de la technologie a réellement changé. Précédemment, vous avez dû avoir une solution personnalisée pour chaque objectif individuel de recherches ; néanmoins maintenant il y a les solutions commerciales procurables.

Actuel, l'hésitation principale vers hiérarchisé est due à la facilité d'ascendant, comme c'est la méthode que les gens sont habitués à exécuter. Cependant, si seulement une minorité de gens sont faire hiérarchisé, d'autres ne prêtent pas l'attention à elle, et pour cette raison il devient difficile de la réduire pour la pratiquer et pour faciliter, de sorte que d'autres gens l'adoptent.

Parfois, je trouve que les avances en technologie sont comme une bascule. Tout le grammage est d'un côté mais dès que vous pourrez le voir se soulever, à une certaine remarque, il y aura une modification qui est plus rapide. À une certaine remarque, il y aura une masse critique de l'autre côté de la bascule et les choses changeront plus rapidement en faveur des méthodes hiérarchisées.

Ce fait partie de mon objectif pour amplifier la conscience de la protéomique hiérarchisée et des avantages qu'elle porte. Je veux dire aux gens que si vous avez les différents médicaments que vous voulez caractériser, les différentes protéines, il est réalisable par la protéomique hiérarchisée.

Comment voyez-vous l'approche hiérarchisée développer le monde de la protéomique ?

Vous avez deux côtés à ceci. Une extrémité indique que toute la protéomique d'ici 2030, sera hiérarchisée. De l'autre côté, vous avez des gens qui ne pensent pas que hiérarchisé soyez jamais capable d'exécuter la pleine, profonde découverte de protéomique et si ascendant soyez juste l'approche dominante.

Je tombe au milieu. La bascule est actuel à un équilibre pour moi. Ascendant est utile si vous voulez juste profiler le protéome. Mais si vous voulez entrer dans les contacts de réglementation, et vous voulez réellement être précis au sujet quel proteoform vous traitez, hiérarchisé doit être impliqué.

Si vous voulez faire la protéomique ascendante mais vous connaissez déjà quels proteoforms sont là, et parce que vous avez une liste des références, vous pouvez effectuer bien mieux l'utilisation des caractéristiques ascendantes. C'est pourquoi, avec le projet humain cellulaire de protéome, je vois beaucoup plus de rôle complémentaire que. Cependant, le distillateur hiérarchisé doit encore obtenir ce moment où c'est valeur est décelé largement et pour cette raison naturellement élevé dans la communauté de protéomique. Cela prendra un peu plus de temps, aucun doute.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

Nous publiés un papier comme consortium en 2013, et cet article a maintenant plus de 300 citations. Il peut trouver ici : https://www.nature.com/articles/nmeth.2369  

Vous pouvez également trouver plus d'informations sur le consortium pour le site Web hiérarchisé de protéomique : http://www.topdownproteomics.org/

Pour plus d'informations sur le projet humain de protéome, vous pouvez également visiter mon site Web : http://www.kelleher.northwestern.edu/human-proteome-project/

Au sujet de Neil L. Kelleher

Neil L. Kelleher, PhD est le professeur de verre de Walter et de Mary des biosciences moléculaires et professeur de chimie dans l'université de Weinberg des arts et des sciences. Il est également directeur du centre d'excellence de protéomique et d'un membre du centre de lutte contre le cancer de Robert H. Lurie Comprehensive de l'Université Northwestern. Sa recherche est orientée dans les endroits des protéomiques de haut vers le bas, de la découverte de produits naturels et de la biologie de cancer.

M. Kelleher a été couronné de succès en pilotant le développement des technologies et les applications de la spectrométrie de masse de performance très haute. Il a plus de 300 publications, avec un H-facteur de 60. Un exemple de son choc sur la technologie est logiciel de ProSight, maintenant utilisé par plus de 1000 laboratoires autour du monde.

La recherche de M. Kelleher's s'est concentrée sur combiner la protéomique et le metabolomics des méthodes novatrices de fournir une plate-forme déterministe aux composés d'alimentation du monde naturel aux pipelines pharmaceutiques. Au cours de la dernière décennie, il a abouti la découverte des projets pour plus de deux douzaine produits naturels neufs et leurs batteries de gènes biosynthétiques.

Récent, Kelleher a fonctionné avec d'autres Co-fondateurs des pharmaceutiques microbiennes pour déterminer une approche neuve pour étudier les produits naturels, metabologenomics. Il a également managé le lancement du principal moteur de recherche ProSight pour l'analyse de caractéristiques hiérarchisée de protéomique.

Ses cotisations en suspens aux inducteurs de la chimie de protéomique et de produits naturels ont été identifiées par les récompenses multiples, y compris la médaille de Biemann de la société américaine pour la spectrométrie de masse, la récompense de Pfizer en chimie enzymatique de la société chimique américaine, la première récompense de carrière présidentielle en scientifique et technique, la récompense de Professeur-Chercheur de Camille Dreyfus, une camaraderie de Sloan, une camaraderie de Packard, et une récompense de CARRIÈRE de NSF.

Citations

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    Pittcon. (2019, July 04). Pourquoi devrions-nous peser chaque protéine au corps humain ?. News-Medical. Retrieved on October 14, 2019 from https://www.news-medical.net/news/20180105/Why-Should-We-Weigh-Every-Protein-in-the-Human-Body.aspx.

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