Perché dovremmo pesare ogni proteina nel corpo umano?

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

Un'intervista con prof. Neil Kelleher, condotto da Alina Shrourou, BSc

È stato annunciato che farete una conversazione come componente “spettrometria di massa e cima strutturali giù Proteomics dei simposi complessi dei loro e di Proteoforms„ a Pittcon 2018. Potete descrivere prego il progetto che voi stanno lavorando sopra e che discuteranno durante la vostra conversazione?

Sono Neil Kelleher e sono un professore alla Northwestern University. Sto presentando un esposto del premio a Pittcon 2018 a Orlando, Florida, poichè un destinatario degli avanzamenti di Pittcon “nel lettorato di scienza di misura assegna„. Ciò è dovuto il mio impegno contribuire a formare una comunità chiamata il consorzio per Proteomics dall'alto in basso.

© Raimundo79/Shutterstock.com

La nostra missione è di avanzare la misura delle proteine umane con maggior precisione, per portare al mondo i vantaggi della specificità molecolare assoluta quando si tratta della consultazione delle proteine al livello molecolare. Quindi, l'espressione completa di questa visione è di ordinare il proteome umano e quello è cui al il progetto Basato a cella Proteome dell'essere umano è circa. Ci introduce in una conversazione realmente interessante, aperta e provocatoria circa scienza e tecnologia.

Al il progetto Basato a cella Proteome dell'essere umano è qualcosa che abbia proposto nel 2012 e che stia avanzando da allora con supporto dal consorzio per la cima giù Proteomics ed il programma di Paul G. Allen Frontiers. La proposta era di mappare 250.000 proteoforms in 4.000 tipi differenti delle cellule.

Già abbiamo determinato il genoma umano. Che cosa è l'importanza in proteine di comprensione allo stesso livello?

Il genoma è la cianografia. Ora 20 anni più successivamente, sappiamo che ci sono circa 20.000 geni umani. Creano milioni di molecole differenti in tutti i tipi differenti delle cellule.

Quando cominciate parlando dei meccanismi di malattia, la precisione con cui capiamo la biologia che determina la malattia è collegata con la precisione con cui abbiamo analizzato le proteine coinvolgere.  Così a è la nostra capacità di individuare e trattare i diversi tipi e sottotipi di malattia.

I biologi acconsentirebbero che le proteine sono i mediatori di molto di cui chiamiamo un fenotipo di malattia. Per esempio, esaminando l'espressione esterna delle cellule tumorali che coltivano in qualcuno gli organi - quel fenotipo è una combinazione dei geni e degli oncogeni che determinano il cancro, che tipo di cancro è, come sconfiggerlo e restringere il tumore - tutte queste cose comprendono le proteine che compongono un fenotipo specifico di malattia per una persona particolare. Si deve completamente capire le proteine per capire e trattare la malattia nei tentativi a parte il fatto che persona.  

Che cosa è un proteoform e come essi è utilizzato nel campo del proteomics?

Un proteoform è la composizione molecolare esatta di una molecola di proteina ed è l'unità di valuta che la comunità proteomic sta cominciando a misurare e dividere. Può essere composto di parecchie sorgenti della variazione che rendono la biologia così enigmatica e difficile bloccarsi.

Le proteine variano dovuto il numero dei trattamenti che possono accadere a loro, compreso i polimorfismi, le mutazioni, lo splicing alternativo, le isoforme e le modifiche post-di traduzione. Un modo semplice descrivere tutta questa variazione è il termine “proteoform„. Tutti in proteomics stanno prendendo la parola - molto sta trasformandosi in di meno appena “di una parola„ e più “di un movimento„ in proteomics.

Come può una proteina essere misurata per determinare i sui proteoforms?

La strategia di misura va destra al cuore di scienza di misura e stiamo sostenendo affinchè una nuova piattaforma miglioriamo il proteomics:  chiamilo “Proteomics 2,0".

Abbracciamo l'idea che invece di arguire i proteoforms dal basso verso l'alto, li misuriamo direttamente, facendo uso di spettrometria di massa dall'alto in basso. Ciò è l'idea di pesatura della proteina intera in primo luogo e poi di degradazione una volta che avete mappato che cosa i proteoforms esistono direttamente al livello del proteoform.

L'approccio di misura che usate realmente gli impatti come osservate la diversità della proteina. Il campo in gran parte è stato determinato dal proteomics dal basso. Di conseguenza sta chiarendo per usare un nuovo approccio per studiare che cosa sta accadendo nel regolamento di biologia a base di proteine.

Come la scienza sta tenenda indietro non conoscendo tutti i moduli di una proteina?

La ricerca biomedica di base è interamente circa precisione aumentante, circa le molecole di vita. Poichè avete ipotesi circa alcuni aspetti meccanicistici di biologia cellulare, conoscendo le proteine precisamente ed avendo il catalogo di riferimento dei proteoforms umani, questo riferimento sarebbe come permettendo a lungo termine, come il genoma umano ha provenuto dalla genetica a medicina clinica.

L'altra cosa che otterreste è più misure per dollaro.  Se avete l'indice bibliografico dei proteoforms e dei tipi conosciuti delle cellule, potete ampliando i tipi di reagenti che potreste creare e comprare. Le gocce di economia di scala, del volume e di costo, definitivamente seguirebbero questo genere di progetto.

In generale, è circa l'elevamento del risparmio di temi della ricerca biomedica ora e l'individuazione degli indicatori a base di proteine del valore più alto della malattia. I procedimenti correnti per la ricerca biomedica, quale lo sviluppo della droga, sono altamente inefficienti e diventerebbero più efficienti se conoscessimo tutti proteoforms possibili.

Descriva prego le informazioni che presenterete nella vostra sessione nominata “spettrometria di massa„ a Pittcon 2018.

Sarà di esaminare al il progetto Basato a cella Proteome dell'essere umano, per incorniciarlo per coloro che non sa a questo proposito, evidenziando la visione “di miliardo proteoforms a $1 ciascuno„. Poi andrò più profondo nella natura del progetto e nelle motivazioni per. Egualmente discuterò il genere di scienza di misura utilizzato nel progetto, proteomics dall'alto in basso, con l'arte e la scienza dei proteoforms di misurazione che si trasformano in un punto focale importante.

Qualcosa che sia accaduto questo anno che notevolmente de-ha rischiato al il progetto Basato a cella Proteome dell'essere umano e lo ha reso molto più fattibile, è l'atlante della cellula umana - un gruppo costituito un fondo per dal Chan Zuckerberg Biohub, di cui la missione è di regolarizzare e categorizza tutti i tipi di cellule umane.

Con questo, ritengo come la marea potrei girare a favore di questa idea che dovremmo mappare ed ordinare tutte le proteine differenti in tutti i tipi differenti delle cellule. Il problema era noi non ha avuto una mappa di cui tutti i tipi delle cellule erano ma quello ora sta indirizzando. Ciò sarà la mia storia da dire a Pittcon 2018.

A Pittcon 2018, ci saranno tutti i migliori venditori producendo la strumentazione per la ricerca di proteomics. Quello comprende non solo la spettrometria di massa e la cromatografia, ma anche gli anticorpi e l'altra tecnologia complementare che sarebbero stimolati dal progetto.

Come la spettrometria di massa è comportata con la pesatura delle proteine al nel progetto Basato a cella di Proteome?

È duro prevedere un'altra tecnologia oltre a spettrometria di massa che può misurare precisamente la composizione dell'atomo delle molecole di proteina prima che siano conosciute. Per direttamente mappare e proteoforms di sequenza, dovete direttamente analizzare l'intera proteina - che è soltanto possibile facendo uso di intera proteina, o dall'alto in basso, spettrometria di massa.

Tuttavia, è importante notare che è lo stile dell'esecuzione della spec. della massa ed il modo che i campioni sono trattati che permette di ordinare i proteoforms. Questo metodo è chiamato spettrometria di massa dall'alto in basso o proteomics dall'alto in basso. Quello è il solo modo che corrente dobbiamo scoprire i proteoforms. Una volta che sono conosciuti, avete tutte le specie di unicellulare, la tecnologia della unico molecola che potrebbe essere usata.

Delini prego la strategia dall'alto in basso per analizzare le proteine.

È nel nome - in primo luogo pesate l'intera proteina a cui chiamiamo il livello MS1, poi là da voi la misura le sue componenti, al livello MS2.

A volte penso alla proteina di parola come romanzo - se avete 10 proteoforms differenti che gli compone, quindi che cosa significate dalla proteina? Ecco perché vogliamo catalogare precisamente quei proteoforms, in modo da conosciamo esattamente che cosa quella proteina è.

Per una proteina data, dovete immaginare spargere le componenti fuori. Dica che ci sono 10 segnali, che tutti pesano diversamente o hanno le composizioni differenti nell'atomo. Poi isolereste una loro nello stato del gas, nello spettrometro di massa. Inoltre, potete separarli nella fase condensata facendo uso della cromatografia o dell'elettroforesi prima di spettrometria di massa. C'è stanza per molta innovazione là.

Una volta che avete il proteoform nel suo modulo puro, anche se soltanto per un microsecondo dentro di uno spettrometro di massa, voi poi frammento in tutti pezzi che serviscono da impronta digitale - il livello MS2. Potete avere centinaia di ioni del frammento che sono prodotti da un proteoform e che permette che identifichiate, che dei 20.300 geni umani ha prodotto quel proteoform ed esattamente che cosa è.

Quanti proteoforms sono stati scoperti finora? Fornisca prego un esempio di come questi hanno avanzato la scienza. Ci sono i due modi di dall'alto in basso, c'è il modo denaturato e la modalità nativa. Il modo indigeno e più nuovo, permette la buona copertura molto delle proteine della messa solenne e perfino di interi complessi della proteina. La maggior parte del proteomics ora è il modo denaturato dall'alto in basso, ma sosterrò a Pittcon che la modalità nativa ha molte parti superiori e che dovremmo sviluppare le più tecnologie per la scoperta dall'alto in basso di proteomics nella modalità nativa.

Ognuno pensa che ci siano più proteoforms che c'è. È facile da pensare che, a causa di quante modifiche possono essere possibili sulle proteine, sulla varietà nella massa, come ha sottoposto a operazioni di disgaggio (esponenzialmente) e su più. Create tutti questi proteoforms potenziali in un computer ma quanto fanno la biologia realmente fanno? Che cosa sto provando a fare è di catalogarle ed indicare che possono essere mappate, anche messa solenne, proteine alto-complicate e che esistono in un numero limitato dei proteoforms.

C'è un numero crescente dei casi, ma un esempio particolare è stato trovato nella malattia di cuore e nella proteina ApoC-III. In questa proteina c'erano quattro proteoforms. Uno di cui era glicosilato e correlato molto da vicino ai livelli di HDL-C della gente (il buon colesterolo). È di qui che possiamo studiare più ulteriormente in se i proteoforms specifici indicano il rischio - per esempio, qualcuno rischio di attacco di cuore? Sebbene la più ricerca sia necessaria qui per intraprendere il punto seguente, l'asserzione di base che il proteoform che mappa e che ordina piombo a comprensione funzionale profonda, sta risultando essere vera.

È in microbiologia, dove i batteri è facili da svilupparsi e sperimentare con, dove i proteoforms dall'alto in basso hanno eccelso nella creazione della chiarezza. C'è un caso di una mappatura di 25 proteoforms in batteri e soltanto alcuni di loro hanno avuti certa modifica post-di traduzione, significante che quei proteoforms erano nella membrana dei batteri.

In un altro esempio, i ricercatori hanno studiato i batteri che causa la meningite. Gli autori hanno mappato 20-30 moduli delle proteine chiamate pilin ed hanno avuti una modifica post-di traduzione insolita loro. Il più di quella modifica che post-di traduzione hanno avuti, il più contagioso ed il più patogeno, più virulento l'organismo era. Ciò ci dà una comprensione enorme nella migliore malattia di comprensione e nei trattamenti quindi di sviluppo.

Proteomics 2,0 da AZoNetwork su Vimeo.

Che cosa il futuro tiene per le droghe a base di proteine?

Le droghe a base di proteine sono una del maggiore che determina i servizi che sta creando più interesse nei metodi dall'alto in basso. Per esempio, c'è una droga che la sclerosi a placche e degli ossequi è una droga a base di proteine. Hanno mappato 138 proteoforms di quella droga mentre è invecchiato sullo scaffale.

Durante lo sviluppo della droga, sembra che inefficiente e perfino illogico a me per digerirla nelle centinaia di pezzi a poi faccia la vostra analisi, come nell'approccio dal basso. Capisco che era il solo modo che potremmo fare precedentemente le cose, ma ci sono molte incertezze che risultano da questo metodo, dovuto gli effetti dell'ossidazione o della deamidazione. Così poi vi incita ad interrogare, “era il mio metodo o era la droga?„

Per queste ragioni, penso dall'alto in basso che un potenziale enorme per le droghe a base di proteine. Se volete conoscere la composizione molecolare precisa di una proteina, il modo farla è dall'alto in basso.

Che cosa sta rendendo i ricercatori riluttanti ad adottare questo metodo?

Durante i cinque anni scorsi, l'industria e lo stato della tecnologia realmente è cambiato. Precedentemente, avete dovuto avere una soluzione personalizzata per ogni scopo determinato della ricerca; tuttavia ora ci sono soluzioni commerciali adeguatamente disponibili.

Corrente, la riluttanza principale verso dall'alto in basso è dovuto la facilità di dal basso, come questo è il metodo che la gente è usata all'esecuzione. Tuttavia, se soltanto una minoranza della gente è fare dall'alto in basso, altri non prestano attenzione e quindi diventa difficile da diminuirla per praticarla e rendere più facile, di modo che l'altra gente la adotta.

A volte, trovo che gli avanzamenti nella tecnologia sono come un movimento alternato. Tutto il peso è da un lato ma non appena potete vederlo sollevare, ad un certo punto, ci sarà un cambiamento che è più rapido. Ad un certo punto, ci sarà una massa critica dall'altro lato del movimento alternato e le cose cambieranno più rapido a favore dei metodi dall'alto in basso.

Fa parte del mio scopo per amplificare la consapevolezza del proteomics dall'alto in basso e dei vantaggi che porta. Voglio dire alla gente che se avete le diverse droghe che volete caratterizzare, le diverse proteine, sia realizzabili con il proteomics dall'alto in basso.

Come vedete l'approccio dall'alto in basso sviluppare il mondo del proteomics?

Avete due lati a questo. Un estremo dice che tutto il proteomics da ora al 2030, sarà dall'alto in basso. Dall'altro lato, avete gente che non pensa che dall'alto in basso sia mai capace di realizzare la scoperta completa e profonda di proteomics e così dal basso sia appena l'approccio dominante.

Cado nel mezzo. Il movimento alternato è corrente ad un equilibrio per me. Dal basso è utile se volete appena profilare il proteome. Ma se volete entrare nelle opzioni regolarici e voi realmente voglia essere preciso circa quale proteoform state occupando, dall'alto in basso deve essere implicato.

Se volete fare il proteomics dal basso ma già conoscete che proteoforms sono là e perché avete un indice bibliografico, potete fare molto meglio l'uso dei dati dal basso. Ecco perché, con al il progetto Basato a cella Proteome dell'essere umano, vedo un ruolo molto più complementare che alcuno. Tuttavia, l'alambicco dall'alto in basso deve ancora ottenere quel momento dove è il valore è riconosciuto ampiamente e quindi naturalmente è elevato nella comunità di proteomics. Quello richiederà un po'più tempo, senza dubbio.

Dove possono i lettori trovare più informazioni?

Abbiamo pubblicato un documento come consorzio nel 2013 e quel documento ora ha oltre 300 citazioni. Può essere trovato qui: https://www.nature.com/articles/nmeth.2369  

Potete anche trovare più informazioni sul consorzio per il sito Web dall'alto in basso di Proteomics: http://www.topdownproteomics.org/

Per ulteriori informazioni sul progetto umano Proteome, potete anche visualizzare il mio sito Web: http://www.kelleher.northwestern.edu/human-proteome-project/

Circa Neil L. Kelleher

Neil L. Kelleher, PhD è Walter ed il professore di vetro di Maria delle scienze biologiche molecolari ed il professore di chimica nell'istituto universitario di Weinberg delle arti e delle scienze. Egualmente è Direttore del centro di eccellenza di Proteomics e un membro del centro del Cancro di Robert H. Lurie Comprehensive della Northwestern University. La sua ricerca è messa a fuoco nelle aree del proteomics della cima giù, della scoperta dei prodotti naturali e della biologia del cancro.

Il Dott. Kelleher è riuscito nel determinare sia lo sviluppo tecnologico che le applicazioni di spettrometria di massa di rendimento elevato molto. Ha oltre 300 pubblicazioni, con un H-fattore di 60. Un esempio del suo impatto sulla tecnologia è software di ProSight, ora usato vicino oltre 1000 laboratori intorno al mondo.

La ricerca del Dott. Kelleher ha messo a fuoco sulla combinazione il proteomics e del metabolomics nei modi innovatori fornire una piattaforma deterministica ai composti dell'alimentazione dal mondo naturale alle condutture farmaceutiche. Negli ultimi dieci anni, piombo la scoperta dei progetti per oltre due dozzina nuovi prodotti naturali ed i loro cluster biosintetici del gene.

Recentemente, Kelleher ha funzionato con altri co-fondatori dei prodotti farmaceutici microbici per stabilire un nuovo approccio per studiare i prodotti naturali, metabologenomics. Egualmente ha gestito il lancio del motore di ricerca principale ProSight per l'analisi di dati dall'alto in basso di proteomics.

I suoi contributi eccezionali ai campi del proteomics e dei prodotti che naturali la chimica è stata riconosciuta dai premi multipli, compreso la medaglia di Biemann dalla società americana per spettrometria di massa, Pfizer assegnano nella chimica degli enzimi dalla società di prodotto chimico americano, nel premio di carriera in anticipo presidenziale nella scienza e nell'assistenza tecnica, nel premio dello Insegnante-Studioso di Camille Dreyfus, in un'amicizia di Sloan, in un'amicizia di Packard ed in un premio di CARRIERA del NSF.

Citations

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    Pittcon. (2019, July 04). Perché dovremmo pesare ogni proteina nel corpo umano?. News-Medical. Retrieved on November 12, 2019 from https://www.news-medical.net/news/20180105/Why-Should-We-Weigh-Every-Protein-in-the-Human-Body.aspx.

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