¿Por qué debemos pesar cada proteína en el cuerpo humano?

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

Una entrevista con profesor Neil Kelleher, conducto por Alina Shrourou, BSCA

Se ha anunciado que usted hará una charla como parte “espectrometría de masa y capota estructurales hacia abajo Proteomics de los simposios de Proteoforms y de sus complejos” en Pittcon 2018. ¿Puede usted contornear por favor el proyecto que usted están trabajando conectado y que discutirá durante su charla?

Soy Neil Kelleher y soy profesor en la Universidad Northwestern. Estoy dando una charla de la recompensa en Pittcon 2018 en Orlando, la Florida, pues un beneficiario avances de Pittcon de los “en lectorazgo de la ciencia de la medición concede”. Esto debe a mi consolidación ayudar a formar a una comunidad llamada el consorcio para Proteomics de arriba hacia abajo.

© Raimundo79/Shutterstock.com

Nuestra misión es avance la medición de proteínas humanas con la mayor precisión, para traer al mundo las ventajas de la especificidad molecular absoluta cuando se trata de interrogar las proteínas en el nivel molecular. Por lo tanto, la expresión completa de esta visión es ordenar el proteome humano, y eso es sobre cuál está el proyecto Célula-Basado de Proteome del ser humano. Nos causa en una conversación realmente interesante, abierta, y provocativa ciencia y tecnología.

El proyecto Célula-Basado de Proteome del ser humano es algo que propuse en 2012 y que he estado avance desde entonces con el apoyo del consorcio para la capota hacia abajo Proteomics y el programa de Paul G. Allen Frontiers. La oferta era correlacionar 250.000 proteoforms en 4.000 diversos tipos de la célula.

Hemos determinado ya el genoma humano. ¿Cuál es la importancia en proteínas de comprensión en el mismo nivel?

El genoma es la heliografía. Ahora 20 años más tarde, sabemos que hay cerca de 20.000 genes humanos. Crean millones de diversas moléculas en todos los tipos diferentes de la célula.

Cuando usted comienza hablando de mecanismos de la enfermedad, la precisión con la cual entendemos la biología que impulsa enfermedad se relaciona con la precisión con la cual analizábamos las proteínas implicadas.  Tan a está nuestra capacidad de descubrir y de tratar tipos y subtipos diversos de la enfermedad.

Los biólogos estarían de acuerdo que las proteínas son los mediadores de mucho de lo que llamamos un fenotipo de la enfermedad. Por ejemplo, observando la expresión exterior de las células cancerosas que crecen en alguien los órganos - ese fenotipo es una combinación de los genes y de los oncogenes que impulsan el cáncer, qué tipo de cáncer es, cómo derrotarlo y encoger el tumor - todas estas cosas implican las proteínas que componen un fenotipo específico de la enfermedad para un individuo determinado. Uno debe entender completo las proteínas para entender y tratar la enfermedad en tentativas excepto que persona.  

¿Cuál es un proteoform y cómo ellos se utilizan en el campo del proteomics?

Un proteoform es la composición molecular exacta de una molécula de proteína, y es la unidad del dinero en circulación que la comunidad proteomic está comenzando a medir y a compartir. Puede ser compuesto de varias fuentes de la variación que hagan biología tan enigmática y difícil precisar.

Las proteínas varían debido al número de procesos que puedan ocurrir a ellos, incluyendo polimorfismos, mutaciones, empalmar alternativo, isoforms y modificaciones poste-de translación. Una manera simple de describir toda esta variación es el término “proteoform”. Todos en proteomics está tomando la palabra - mucho se está convirtiendo en menos apenas de una “palabra” y más de un “movimiento” en proteomics.

¿Cómo se puede una proteína medir para determinar sus proteoforms?

La estrategia de la medición va a la derecha al corazón de la ciencia de la medición, y estamos abogando para que una nueva plataforma perfeccione proteomics:  llámelo “Proteomics 2,0".

Abrazamos la idea que en vez de deducir proteoforms de abajo hacia arriba, los medimos directamente, usando la espectrometría de masa de arriba hacia abajo. Ésta es la idea de pesar la proteína entera primero y en seguida de degradarla una vez que usted ha correlacionado lo que existen los proteoforms directamente en el nivel del proteoform.

La aproximación de la medición que usted utiliza realmente impactos cómo usted ve diversidad de la proteína. El campo ha sido impulsado en gran parte por proteomics ascendente. Por lo tanto ha estado aclarando para utilizar una nueva aproximación para investigar qué está suceso en la regla de la biología a base de proteínas.

¿Cómo la ciencia está siendo refrenada no conociendo todas las formas de una proteína?

La investigación biomédica básica está todo sobre la precisión cada vez mayor, sobre las moléculas de la vida. Pues usted tiene hipótesis sobre algunos aspectos mecánicos de la biología celular, conociendo las proteínas exacto y teniendo el catálogo de la referencia de proteoforms humanos, esta referencia estaría como habilitando a largo plazo, como el genoma humano ha sido de genética al remedio clínico.

La otra cosa que usted conseguiría es más mediciones por dólar.  Si usted tiene el filete de referencia de proteoforms y de tipos sabidos de la célula, usted puede desplegando los tipos de reactivos que usted podría crear y comprar. Las caídas de las economías de escala, del volumen y del costo, seguirían definitivamente esta clase de proyecto.

Total, está sobre la elevación de la eficiencia de la investigación biomédica ahora y encontrar marcadores a base de proteínas de un valor más alto de la enfermedad. Los procesos actuales para la investigación biomédica, tal como revelado de la droga, son altamente ineficaces, y llegaron a ser más eficientes si conocíamos todos los proteoforms posibles.

Contornee por favor la información que usted presentará en su sesión titulada “espectrometría de masa” en Pittcon 2018.

Será revisar el proyecto Célula-Basado de Proteome del ser humano, para enmarcarlo para los que no sepan sobre él, destacando la visión de “mil millones proteoforms en $1 por cada uno”. Entonces iré más profundo en la naturaleza del proyecto y los estímulos para él. También discutiré la clase de ciencia de la medición usada en el proyecto, proteomics de arriba hacia abajo, con el arte y la ciencia de los proteoforms de medición que hacen un punto focal importante.

Algo que ha suceso este año que de-ha arriesgado grandemente el proyecto Célula-Basado de Proteome del ser humano y ha hecho le mucho más posible, es el atlas de la célula humana - un grupo financiado por el Chan Zuckerberg Biohub, cuya misión es regularizar y categoriza todos los tipos de células humanas.

Con esto, asierro al hilo como la marea puede ser que gire a favor de esta idea que debemos correlacionar y ordenar todas las proteínas diferentes en todos los tipos diferentes de la célula. El problema era nosotros no tenía un mapa de cuáles eran todos los tipos de la célula pero eso ahora se está dirigiendo. Ésta será mi historia a informar en Pittcon 2018.

En Pittcon 2018, habrá todos los mejores vendedores produciendo el equipo para la investigación del proteomics. Eso incluye no sólo la espectrometría de masa y la cromatografía, pero también los anticuerpos y la otra tecnología complementaria que serían estimulados por el proyecto.

¿Cómo la espectrometría de masa está implicada con el pesaje de las proteínas en el proyecto Célula-Basado de Proteome?

Es duro prever otra tecnología además de la espectrometría de masa que puede medir exacto la composición del átomo de las moléculas de proteína antes de que se sepan. Para correlacionar directamente y los proteoforms de la serie, usted tiene que analizar directamente la proteína entera - que es solamente posible usando la proteína entera, o de arriba hacia abajo, espectrometría de masa.

Sin embargo, es importante observar que es el estilo de realizar espec. de la masa y la manera que las muestras están manejadas que permite ordenar proteoforms. Este método se llama espectrometría de masa de arriba hacia abajo o proteomics de arriba hacia abajo. Ésa es la única manera que tenemos que descubrir actualmente proteoforms. Una vez que se saben, usted tiene toda clase de unicelular, la tecnología de la único-molécula que podría ser utilizada.

Contornee por favor la estrategia de arriba hacia abajo para analizar las proteínas.

Está en el nombre - primero usted pesa la proteína entera en lo que llamamos el nivel MS1, entonces allí de usted dimensión sus componentes, en el nivel MS2.

¿Pienso a veces en la proteína de la palabra como ficción - si usted tiene 10 diversos proteoforms que le haga hacia arriba, después lo que usted significa por la proteína? Por eso queremos catalogar esos proteoforms exacto, así que conocemos exactamente cuáles es esa proteína.

Para una proteína dada, usted debe imaginarse el extender de los componentes fuera. Diga que hay 10 señales, que todo pesa diferentemente o tiene diversas composiciones del átomo. Entonces usted aislaría una de ellas en el estado del gas, en el espectrómetro de masas. Además, usted puede separarlos en la fase condensada usando la cromatografía o la electroforesis antes de espectrometría de masa. Hay sitio para mucha innovación allí.

Una vez que usted tiene el proteoform en su forma pura, incluso si solamente por un microsegundo dentro de un espectrómetro de masas, usted entonces él fragmento él en todos los pedazos que sirven como huella dactilar - el nivel MS2. Usted puede tener centenares de iones del fragmento que se produzcan de un proteoform, y que permite que usted determine, que de los 20.300 genes humanos produjo ese proteoform y exactamente cuáles es.

Hay dos maneras de arriba hacia abajo, hay la manera desnaturalizada y la manera nativa. La manera nativa, más nueva, permite buen abrigo de las proteínas de la masa muy alta e incluso de los complejos enteros de la proteína. La mayor parte del proteomics ahora es la manera desnaturalizada de arriba hacia abajo, pero sostendré en Pittcon que la manera nativa tiene muchas partes superiores, y que debemos desarrollar más tecnologías para el descubrimiento de arriba hacia abajo del proteomics en manera nativa.

¿Cuántos proteoforms se han descubierto hasta ahora? Ofrezca por favor un ejemplo de cómo éstos han avance ciencia.

Todo el mundo piensa que hay más proteoforms que hay. Es fácil pensar que, debido a cuántas modificaciones pueden ser posibles en las proteínas, la variedad en masa, cómo ha escalado (exponencial), y más. ¿Usted crea todos estos proteoforms potenciales en una computador pero cuántos hacen biología hacen real? Qué estoy intentando hacer es catalogarlo y mostrar que puede ser correlacionada, incluso alto-masa, las proteínas alto-complicadas, y que existe en un número limitado de proteoforms.

Hay un número creciente de casos, pero un ejemplo determinado fue encontrado en la enfermedad cardíaca y la proteína ApoC-III. En esta proteína había cuatro proteoforms. Uno de los cuales era glycosylated y correlacionada muy de cerca a los niveles del HDL-C de la gente (el buen colesterol). ¿Es aquí de ése que podemos investigar más lejos en si los proteoforms específicos indican riesgo - por ejemplo, alguien riesgo de ataque del corazón? Aunque más investigación se necesite aquí para tomar la medida siguiente, la aserción básica que el proteoform que correlaciona y que ordena llevará al discernimiento funcional profundo, está demostrando ser verdad.

Está en microbiología, con donde están fáciles las bacterias de crecer y de experimentar, donde los proteoforms de arriba hacia abajo han sobresalido en crear claridad. Hay un caso de la correspondencia de 25 proteoforms en las bacterias, y solamente algunos de ellos tenían cierta modificación poste-de translación, significando que esos proteoforms estaban en la membrana de las bacterias.

En otro ejemplo, los investigadores investigaron las bacterias que causa meningitis. Los autores correlacionaron 20-30 formas de las proteínas llamadas pilin, y tenían una modificación poste-de translación inusual en ellas. Más de esa modificación poste-de translación que tenían, cuanto el más infeccioso, y cuanto el más patógeno, más virulento el organismo era. Esto nos da un discernimiento enorme en una mejor enfermedad de comprensión y tratamientos por lo tanto que se convierten.

Proteomics 2,0 de AZoNetwork en Vimeo.

¿Qué el futuro espera para las drogas a base de proteínas?

Las drogas a base de proteínas son una del comandante que impulsa mercados que está creando más interés en métodos de arriba hacia abajo. Por ejemplo, hay una droga que la esclerosis múltiple y las invitaciones es una droga a base de proteínas. Correlacionaron 138 proteoforms de esa droga mientras que envejeció en el saliente.

Durante el revelado de la droga, parece que ineficaz e incluso ilógico a mí digerirla en centenares de pedazos a entonces haga su análisis, como en la aproximación ascendente. Entiendo que era la única manera que podríamos hacer cosas previamente, pero hay muchas incertidumbres que se presentan de este método, debido a los efectos de la oxidación o de la desamidación. Tan entonces hace que usted pregunta, “estaba mi método o era él la droga?”

Por estas razones, pienso que de arriba hacia abajo tiene un potencial enorme para las drogas a base de proteínas. Si usted quiere conocer la composición molecular exacta de una proteína, la manera de hacerla es de arriba hacia abajo.

¿Qué está haciendo a investigadores reacios a adoptar este método?

En los últimos cinco años, la industria y el estado de la tecnología ha cambiado realmente. Previamente, usted tuvo que tener una solución de encargo para cada meta individual de la investigación; al menos ahora hay soluciones comerciales convenientemente disponibles.

Actualmente, la reluctancia principal hacia de arriba hacia abajo es debido a la facilidad de ascendente, como éste es el método que utilizan a la gente a la ejecución. Sin embargo, si solamente una minoría de gente es el hacer de arriba hacia abajo, otros no prestan la atención a ella, y por lo tanto llega a ser difícil reducirla para practicarla y para hacer más fácil, de modo que otras personas la adopten.

A veces, encuentro que los avances en tecnología son como una oscilación. Todo el peso está en un lado pero tan pronto como usted pueda verlo el levantar, en algún momento, habrá un cambio que es más rápido. En algún momento, habrá una masa crítica en el otro lado de la oscilación y las cosas cambiarán más rápidamente a favor de métodos de arriba hacia abajo.

Es parte de mi meta para reforzar la percatación del proteomics de arriba hacia abajo y de las ventajas que trae. Quiero informar a gente que si usted tiene las drogas individuales que usted quiere caracterizar, las proteínas individuales, él son realizables con proteomics de arriba hacia abajo.

¿Cómo usted ve la aproximación de arriba hacia abajo el desarrollar del mundo del proteomics?

Usted tiene dos lados a esto. Un extremo dice que todo el proteomics en 2030, será de arriba hacia abajo. En el otro lado, usted tiene la gente que no piensa que de arriba hacia abajo sea nunca capaz de realizar descubrimiento completo, profundo del proteomics y así que ascendente apenas sea la aproximación dominante.

Caigo en el centro. La oscilación está actualmente en un equilibrio para mí. Ascendente es útil si usted apenas quiere perfilar el proteome. Pero si usted quiere conseguir en los interruptores reguladores, y usted quiera realmente ser exacto sobre qué proteoform usted se está ocupando, de arriba hacia abajo tiene que estar implicado.

Si usted quiere hacer proteomics ascendente pero usted sabe ya qué proteoforms están allí, y porque usted tiene un filete de referencia, usted puede hacer mucho mejor el uso de datos ascendentes. Por eso, con el proyecto Célula-Basado de Proteome del ser humano, veo un papel mucho más complementario que alguno. Sin embargo, el alambique de arriba hacia abajo tiene que todavía conseguir ese momento donde está valor se reconoce extensamente y por lo tanto se eleva naturalmente en la comunidad del proteomics. Eso tardará un poco más tiempo, ninguna duda.

¿Dónde pueden los programas de lectura encontrar más información?

Publicamos un papel como consorcio en 2013, y ese papel ahora tiene sobre 300 citaciones. Puede ser encontrado aquí: https://www.nature.com/articles/nmeth.2369  

Usted puede también encontrar más información sobre el consorcio para el Web site de arriba hacia abajo de Proteomics: http://www.topdownproteomics.org/

Para más información sobre el proyecto humano de Proteome, usted puede también visitar mi Web site: http://www.kelleher.northwestern.edu/human-proteome-project/

Sobre Neil L. Kelleher

Neil L. Kelleher, doctorado es el profesor de cristal de Gualterio y de Maria de ciencia biológicas moleculares y profesor de la química en la universidad de Weinberg de artes y de ciencias. Él también es director del centro de Proteomics de la excelencia y de una pieza del centro del cáncer de Roberto H. Lurie Comprehensive de la Universidad Northwestern. Su investigación se enfoca en las áreas del proteomics de la capota hacia abajo, del descubrimiento de los productos naturales y de la biología del cáncer.

El Dr. Kelleher ha sido acertado en impulsar el revelado de tecnología y usos de la espectrometría de masa del rendimiento muy alto. Él tiene sobre 300 publicaciones, con un H-factor de 60. Un ejemplo de su impacto en tecnología es software de ProSight, ahora usado cerca sobre 1000 laboratorios en todo el mundo.

La investigación del Dr. Kelleher se ha centrado en combinar proteomics y metabolomics de maneras innovadoras de ofrecer una plataforma determinista a las composiciones de la alimentación del mundo natural a las tuberías farmacéuticas. Durante la última década, él ha llevado el descubrimiento de los proyectos para más de dos docena nuevos productos naturales y sus atados biosintéticos del gen.

Recientemente, Kelleher ha trabajado con otros co-fundadores de productos farmacéuticos microbianos para establecer una nueva aproximación para estudiar los productos naturales, metabologenomics. Él también ha manejado el lanzamiento del Search Engine de cabeza ProSight para el análisis de datos de arriba hacia abajo del proteomics.

Sus contribuciones excepcionales a los campos del proteomics y de productos naturales que la química ha sido reconocida por las recompensas múltiples, incluyendo la medalla de Biemann de la sociedad americana para la espectrometría de masa, Pfizer conceden en química de enzima de la sociedad de substancia química americana, la recompensa de carrera temprana presidencial en ciencia y la ingeniería, la recompensa del Profesor-Escolar de Camilo Dreyfus, una beca de Sloan, una beca de Packard, y una recompensa de CARRERA del NSF.

Citations

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    Pittcon. (2019, July 04). ¿Por qué debemos pesar cada proteína en el cuerpo humano?. News-Medical. Retrieved on September 16, 2019 from https://www.news-medical.net/news/20180105/Why-Should-We-Weigh-Every-Protein-in-the-Human-Body.aspx.

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