Por que devemos nós pesar cada proteína no corpo humano?

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

Uma entrevista com prof. Neil Kelleher, conduzido por Alina Shrourou, BSc

Anunciou-se que você estará fazendo uma conversa como parte “espectrometria em massa estrutural e para cobrir abaixo de Proteomics de seus complexos” dos simpósios de Proteoforms e em Pittcon 2018. Por favor pode você esboçar o projecto que você estão trabalhando sobre e estará discutindo durante sua conversa?

Eu sou Neil Kelleher e eu sou um professor na Universidade Northwestern. Eu estou dando uma conversa da concessão em Pittcon 2018 em Orlando, Florida, porque um receptor avanços de Pittcon dos “no preletorato da ciência da medida concede”. Isto é devido a meu comprometimento ajudar a formar uma comunidade chamada o consórcio para Proteomics invertido.

© Raimundo79/Shutterstock.com

Nossa missão é avançar a medida de proteínas humanas com maior precisão, para trazer ao mundo os benefícios da especificidade molecular absoluta quando se trata de interrogar proteínas a nível molecular. Daqui, a expressão completa desta visão é arranjar em seqüência o proteome humano, e aquele é qual o projecto baseado em celulas de Proteome do ser humano é sobre. Traz-nos em uma conversação realmente interessante, aberta, e provocante sobre a ciência e a tecnologia.

O projecto baseado em celulas de Proteome do ser humano é algo que eu propor em 2012 e tenho avançado desde então com apoio do consórcio para a parte superior para baixo Proteomics e o programa de Paul G. Allen Fronteira. A proposta era traçar 250.000 proteoforms em 4.000 tipos diferentes da pilha.

Nós temos determinado já o genoma humano. Que é a importância em proteínas compreensivas a mesmo nível?

O genoma é o modelo. Agora 20 anos mais tarde, nós sabemos que há aproximadamente 20.000 genes humanos. Criam milhões de moléculas diferentes em todos os tipos diferentes da pilha.

Quando você começa falar sobre mecanismos da doença, a precisão com que nós compreendemos a biologia que conduz a doença é relacionado à precisão com que nós analisamos as proteínas envolvidas.  Assim a está nossa capacidade para detectar e tratar tipos e secundário-tipos diversos da doença.

Os biólogos concordariam que as proteínas são os mediadores de muita do que nós chamamos um fenótipo da doença. Por exemplo, olhando a expressão externa das células cancerosas que crescem em alguém órgãos - esse fenótipo é uma combinação dos genes e dos oncogenes que conduzem o cancro, que tipo de cancro é, como o derrotar e encolher o tumor - todas estas coisas envolvem as proteínas que compo um fenótipo específico da doença para um indivíduo particular. Se deve inteiramente compreender que as proteínas a fim compreender e tratar a doença nas tentativas salvar essa pessoa.  

Que são um proteoform e como ele são usados no campo do proteomics?

Um proteoform é a composição molecular exacta de uma molécula de proteína, e é a unidade de moeda de que a comunidade proteomic está começando a medir e compartilhar. Pode ser compor de diversas fontes de variação que fazem a biologia tão enigmática e difícil fixar para baixo.

As proteínas variam devido ao número de processos que podem lhes ocorrer, incluindo polimorfismo, mutações, a emenda alternativa, os isoforms e alterações cargo-translational. Uma maneira simples de descrever toda esta variação é o termo “proteoform”. Todos no proteomics está pegarando a palavra - está transformando-se muito menos apenas de uma “palavra” e mais de um “movimento” no proteomics.

Como pode uma proteína ser medida para determinar seus proteoforms?

A estratégia da medida vai certo ao coração da ciência da medida, e nós estamos defendendo para que uma plataforma nova melhore o proteomics:  chame-o “Proteomics 2,0".

Nós abraçamos a ideia que em vez de pressupr proteoforms a partir de baixo, nós os medimos directamente, usando a espectrometria em massa invertido. Esta é a ideia de pesar a proteína inteira primeiramente e então de degradá-la uma vez que você traçou o que os proteoforms existem directamente a nível do proteoform.

A aproximação da medida que você usa realmente impactos como você vê a diversidade da proteína. O campo foi conduzido pela maior parte pelo proteomics de baixo para cima. Conseqüentemente tem iluminado para usar uma aproximação nova a fim investigar o que está acontecendo no regulamento da biologia proteína-baseada.

Como a ciência está sendo retida não conhecendo todos os formulários de uma proteína?

A pesquisa biomedicável básica é toda sobre a precisão crescente, sobre as moléculas da vida. Porque você tem hipóteses sobre alguns aspectos mecanicistas da biologia celular, conhecendo as proteínas precisamente e tendo o catálogo da referência de proteoforms humanos, esta referência seria como permitindo a longo prazo, como o genoma humano foi da genética à medicina clínica.

A outra coisa que você obteria é mais medidas pelo dólar.  Se você tem a lista de referência de proteoforms e de tipos conhecidos da pilha, você pode expandindo os tipos de reagentes que você poderia criar e comprar. As gotas das economias de escala, do volume e do custo, seguiriam definida este tipo do projecto.

Total, é sobre a elevação da eficiência da pesquisa biomedicável agora e encontrar marcadores proteína-baseados de um valor mais alto da doença. Os processos actuais para a pesquisa biomedicável, tal como a revelação da droga, são altamente incapazes, e tornar-se-iam mais eficientes se nós conhecemos todos os proteoforms possíveis.

Esboce por favor a informação que você estará apresentando em sua sessão intitulada “espectrometria em massa” em Pittcon 2018.

Será rever o projecto baseado em celulas de Proteome do ser humano, para moldá-lo para aqueles que não sabem sobre ele, destacando a visão de “bilhão proteoforms em $1 cada”. Eu irei então mais profundo na natureza do projecto e nas motivações para ele. Eu igualmente discutirei o tipo da ciência da medida usado no projecto, proteomics invertido, com a arte e a ciência dos proteoforms de medição que transformam-se um ponto de foco principal.

Algo que aconteceu este ano que de-arriscou extremamente o projecto baseado em celulas de Proteome do ser humano e o fez muito mais praticável, é o atlas da pilha humana - um grupo financiado pelo Chan Zuckerberg Biohub, cuja a missão é regularizar e categoriza todos os tipos de pilhas humanas.

Com isto, eu sinto como a maré pude girar em favor desta ideia que nós devemos traçar e arranjar em seqüência todas as proteínas diferentes em todos os tipos diferentes da pilha. O problema era nós não teve um mapa de quais todos os tipos da pilha eram mas aquele está sendo endereçado agora. Esta será minha história a dizer em Pittcon 2018.

Em Pittcon 2018, haverá todos os melhores vendedores produzindo o equipamento para a pesquisa do proteomics. Isso inclui não somente a espectrometria e a cromatografia em massa, mas igualmente os anticorpos e a outra tecnologia complementar que seriam estimulados pelo projecto.

Como a espectrometria em massa é envolvida com o peso de proteínas no projecto baseado em celulas de Proteome?

É duro prever uma outra tecnologia além da espectrometria em massa que pode precisamente medir a composição do átomo de moléculas de proteína antes que estejam sabidos. Para traçar directamente e proteoforms da seqüência, você tem que directamente analisar a proteína inteira - que é somente proteína inteira de utilização possível, ou a espectrometria invertido, em massa.

Contudo, é importante notar que é o estilo de executar especs. da massa e a maneira que as amostras estão seguradas que torna possível arranjar em seqüência proteoforms. Este método é chamado espectrometria em massa invertido ou proteomics invertido. Aquela é a única maneira que nós actualmente temos que descobrir proteoforms. Uma vez que são sabidos, você tem todos os tipos de único-pilha, a tecnologia da único-molécula que poderia ser usada.

Esboce por favor a estratégia invertido para analisar proteínas.

Está no nome - primeiramente você pesa a proteína inteira no que nós chamamos o nível MS1, então lá de você medida seus componentes, a nível MS2.

Eu penso às vezes da proteína da palavra como a ficção - se você tem 10 proteoforms diferentes que lhe faz acima, a seguir o que você significa pela proteína? É por isso nós queremos catalogar precisamente aqueles proteoforms, assim que nós conhecemos exactamente o que essa proteína é.

Para uma proteína dada, você deve imaginar espalhar os componentes para fora. Diga que há 10 sinais, que todos pesam diferentemente ou têm composições diferentes do átomo. Então você isolaria um delas no estado do gás, no espectrómetro em massa. Além, você pode separá-los na fase condensada usando a cromatografia ou a electroforese antes da espectrometria em massa. Há uma sala para muita inovação lá.

Uma vez que você tem o proteoform em seu formulário puro, mesmo se somente por um microssegundo dentro de um espectrómetro em massa, você então ele fragmento ele em todas as partes que servem como uma impressão digital - o nível MS2. Você pode ter centenas de íons do fragmento que são produzidos de um proteoform, e que permite que você identifique, que dos 20.300 genes humanos produziu esse proteoform e exactamente o que é.

Há dois modos de invertido, há o modo desnaturado e o modo nativo. O modo nativo, mais novo, permite a boa cobertura de proteínas da massa muito alta e mesmo de complexos inteiros da proteína. A maioria do proteomics é agora o modo desnaturado invertido, mas eu argumentirei em Pittcon que o modo nativo tem muitas partes superiores, e que nós devemos desenvolver mais tecnologias para a descoberta invertido do proteomics no modo nativo.

Quantos proteoforms têm sido descobertos até agora? Forneça por favor um exemplo de como estes avançaram a ciência.

Todos pensa que há mais proteoforms do que há. É fácil pensar que, devido a quantas alterações podem ser possíveis em proteínas, na variedade na massa, como escalou (exponencial), e em mais. Você cria todos estes proteoforms potenciais em um computador mas quanto fazem a biologia fazem realmente? O que eu estou tentando fazer é catalogá-lo e mostrar que pode ser traçado, mesmo alto-massa, proteínas alto-complicadas, e que existe em um número limitado de proteoforms.

Há um número crescente de casos, mas um exemplo particular foi encontrado na doença cardíaca e na proteína ApoC-III. Nesta proteína havia quatro proteoforms. Um de que era glycosylated e correlacionado muito pròxima aos níveis do HDL-C dos povos (o bom colesterol). É aqui daquele que nós podemos investigar mais em se os proteoforms específicos indicam o risco - por exemplo, alguém risco de cardíaco de ataque? Embora mais pesquisa seja necessário aqui tomar o passo seguinte, a afirmação básica que o proteoform que traça e que arranja em seqüência conduzirá à introspecção funcional profunda, está provando ser verdadeira.

Está na microbiologia, onde as bactérias são fáceis de crescer e experimentar com, onde os proteoforms invertidos primaram em criar a claridade. Há um exemplo de um traço de 25 proteoforms no as bactérias, e somente alguns deles tiveram alguma alteração cargo-translational, significando que aqueles proteoforms estavam na membrana das bactérias.

Em um outro exemplo, os pesquisadores investigaram as bactérias que causasse a meningite. Os autores traçaram 20-30 formulários das proteínas chamadas pilin, e tiveram uma alteração cargo-translational incomum nelas. O mais dessa alteração que cargo-translational tiveram, o mais infeccioso, e o mais patogénico, mais virulento o organismo era. Isto dá-nos uma introspecção enorme na melhor doença compreensiva e em tratamentos conseqüentemente tornando-se.

Proteomics 2,0 de AZoNetwork em Vimeo.

Que o futuro guardara para drogas baseadas proteína?

as drogas Proteína-baseadas são um do major que conduz mercados que está criando mais interesse em métodos invertidos. Por exemplo, há uma droga que a esclerose múltipla e dos deleites sejam uma droga proteína-baseada. Traçaram 138 proteoforms dessa droga enquanto envelheceu na prateleira.

Durante a revelação da droga, parece que incapaz e mesmo ilógico a mim para a digerir em centenas de partes a então faça sua análise, como na aproximação de baixo para cima. Eu compreendo que era a única maneira que nós poderíamos fazer coisas previamente, mas há muitas incertezas que elevaram deste método, devido aos efeitos da oxidação ou da desengomação. Tão então fá-lo questionar, “era meu método ou era ele a droga?”

Por estas razões, eu penso que invertido tem um potencial enorme para drogas baseadas proteína. Se você quer conhecer a composição molecular precisa de uma proteína, a maneira de fazê-la é invertido.

Que está fazendo pesquisadores relutantes a adotar este método?

Nos cinco anos passados, a indústria e o estado de tecnologia mudaram realmente. Previamente, você teve que ter uma solução feita sob encomenda para cada objetivo individual da pesquisa; de qualquer modo agora há umas soluções comerciais apropriadamente disponíveis.

Actualmente, a relutância principal para invertido é devido à facilidade de baixo para cima, como este é o método que os povos estão usados à execução. Contudo, se somente uma minoria dos povos é fazer invertido, outro não pagam a atenção a ela, e conseqüentemente torna-se difícil reduzi-la para praticá-la e facilitar, de modo que outros povos a adotem.

Às vezes, eu encontro que os avanços na tecnologia são como um balanço. Todo o peso está em um lado mas assim que você puder o ver levantar, em algum momento, haverá uma mudança que seja mais rápida. Em algum momento, haverá uma massa crítica no outro lado do balanço e as coisas mudarão mais ràpida em favor dos métodos invertidos.

É parte de meu objetivo para impulsionar a consciência do proteomics invertido e dos benefícios que traz. Eu quero dizer a povos que se você tem as drogas individuais que você quer caracterizar, as proteínas individuais, ele são realizáveis com o proteomics invertido.

Como você vê a aproximação invertido desenvolver o mundo do proteomics?

Você tem dois lados a este. Um extremo diz que todo o proteomics em 2030, será invertido. No outro lado, você tem os povos que não pensam que invertido seja nunca capaz de executar a descoberta completa, profunda do proteomics e tão de baixo para cima apenas seja a aproximação dominante.

Eu caio no meio. O balanço está actualmente em um equilíbrio para mim. De baixo para cima é útil se você apenas quer perfilar o proteome. Mas se você quer obter em interruptores reguladores, e você queira realmente ser preciso sobre que proteoform você está tratando, invertido tem que ser involvido.

Se você quer fazer o proteomics de baixo para cima mas você já sabe que proteoforms estão lá, e porque você tem uma lista de referência, você pode fazer muito melhor o uso de dados de baixo para cima. É por isso, com o projecto baseado em celulas de Proteome do ser humano, eu ver um papel muito mais complementar do que algum. Contudo, o destilador invertido tem que ainda obter esse momento onde é valor é reconhecido extensamente e conseqüentemente naturalmente elevado na comunidade do proteomics. Isso tomará um pouco mais tempo, nenhuma dúvida.

Onde podem os leitores encontrar mais informação?

Nós publicamos um papel como um consórcio em 2013, e esse papel tem agora sobre 300 citações. Pode-se encontrar aqui: https://www.nature.com/articles/nmeth.2369  

Você pode igualmente encontrar mais informação no consórcio para o Web site invertido de Proteomics: http://www.topdownproteomics.org/

Para obter mais informações sobre do projecto humano de Proteome, você pode igualmente visitar meu Web site: http://www.kelleher.northwestern.edu/human-proteome-project/

Sobre Neil L. Kelleher

Neil L. Kelleher, PhD é o professor de vidro de Walter e de Mary de ciências biológicas moleculars e professor da química na faculdade de Weinberg das artes e das ciências. Igualmente é director do centro de Proteomics de excelência e de um membro do centro do cancro de Robert H. Lurie Detalhado da Universidade Northwestern. Sua pesquisa é focalizada nas áreas do proteomics da parte superior para baixo, da descoberta dos produtos naturais e da biologia do cancro.

O Dr. Kelleher foi bem sucedido em conduzir a revelação de tecnologia e as aplicações muito da espectrometria em massa do elevado desempenho. Tem sobre 300 publicações, com um H-factor de 60. Um exemplo de seu impacto na tecnologia é software de ProSight, usado agora perto sobre 1000 laboratórios em todo o mundo.

A pesquisa do Dr. Kelleher centrou-se sobre a combinação do proteomics e do metabolomics em maneiras inovativas de fornecer uma plataforma determinística aos compostos da alimentação do mundo natural aos encanamentos farmacêuticos. Ao longo da última década, conduziu a descoberta dos projectos para mais de dois dúzia produtos naturais novos e seus conjuntos biossintéticos do gene.

Recentemente, Kelleher trabalhou com outros co-fundadores de fármacos microbianos para estabelecer uma aproximação nova para estudar produtos naturais, metabologenomics. Igualmente controlou o lançamento do Search Engine principal ProSight para a análise de dados invertido do proteomics.

Suas contribuições proeminentes para os campos do proteomics e de produtos que naturais a química foi reconhecida pelas concessões múltiplas, incluindo a medalha de Biemann da sociedade americana para a espectrometria em massa, Pfizer concedem na química de enzima da sociedade de produto químico americano, na concessão de carreira adiantada presidencial na ciência e na engenharia, na concessão do Professor-Erudito de Camilo Dreyfus, em uma bolsa de estudo de Sloan, em uma bolsa de estudo de Packard, e em uma concessão de CARREIRA do NSF.

Citations

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    Pittcon. (2019, July 04). Por que devemos nós pesar cada proteína no corpo humano?. News-Medical. Retrieved on October 21, 2019 from https://www.news-medical.net/news/20180105/Why-Should-We-Weigh-Every-Protein-in-the-Human-Body.aspx.

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