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La più grande mappa della connessione della proteina del mondo rivela i funzionamenti delle cellule

Il corpo umano è compreso miliardi di celle. Eppure funziona e si sviluppa come singolo organismo, a causa dei trilioni delle interazioni che aiutano le varie celle a riconoscere l'un l'altro e rispondere via le molecole differenti sulla loro superficie o interno le celle. Ora, un nuovo studio pubblicato nella natura del giornale nell'aprile 2020 descrive la mappa mai vista del interactome, per contribuire a distinguere le interazioni sane e quelle causa di malattie.

Che cosa è il interactome?

Il genoma umano consiste di tutti i geni che funzionano in un essere umano, normale ed anormale. Questi geni sono trascritti nel RNA messaggero (mRNA), che porta le istruzioni genetiche per sintesi delle proteine alla cella. La somma di tutto il mRNA nella cella è chiamata il transcriptome. Il RNA trascritto è responsabile di sintesi delle proteine e la somma di tutta la proteina tradotta dal genoma è chiamata il proteome.

Tuttavia, le proteine interagiscono a vicenda per fare la funzione dell'organismo, se nella salubrità o nella malattia. Il progetto Genoma Umano ha fornito una lista delle parti, per così dire, per la cella, ma non ha spiegato come queste parti inserite nell'intera equazione.

Ciò è la motivazione dietro il progetto in corso - creare una mappa di riferimento di tutti i modi che le proteine agiscono su a vicenda per sviluppare e fare funzionare l'organismo. Ciò è il interactome.

Dice il ricercatore Marc Vidal, “dalla metà del 1990 la s, il nostro gruppo di collaborazione ha spinto l'idea che le mappe del interactome possono illuminare gli aspetti fondamentali di vita.„ Il documento corrente ha posato la mappa mai vista del interactome su cui la gente può costruire, aggiungente sulle informazioni man mano che entra. Cioè la mappa, come descritta, è l'impalcatura su cui i nuovi dati possono aggiungersi.

Tracciando una carta al paio delle interazioni fra 17.500 proteine umane, gli scienziati hanno creato una mappa, a sinistra, descrivente che le proteine funzionano insieme per sostenere la funzione cellulare. Le proteine con i simili profili di interazioni cadono nei cluster colore-codificati discreti che rappresentano i bioprocessi differenti nella cella. Credito di immagine: Et al./Shutterstock di fortuna di Katja
Tracciando una carta al paio delle interazioni fra 17.500 proteine umane, gli scienziati hanno creato una mappa, a sinistra, descrivente che le proteine funzionano insieme per sostenere la funzione cellulare. Le proteine con i simili profili di interazioni cadono nei cluster colore-codificati discreti che rappresentano i bioprocessi differenti nella cella. Credito di immagine: Et al./Shutterstock di fortuna di Katja

Come hanno sviluppato il interactome?

La mappa dettagliata ha richiesto quasi dieci anni per riempire ed è la frutta dei lavori votati di grande gruppo, comprendenti oltre 80 ricercatori da vari paesi. Questi includono il Belgio, la Spagna, la Francia e l'Israele oltre agli Stati Uniti ed al Canada. Ha chiamato la mappa umana di Interactome di riferimento (HuRI), dettaglia quasi 52.570 modi in cui 8.275 proteine umane interagiscono a vicenda. Ciò le rende il più esteso tale mappa.

Alcuni dei ricercatori nel gruppo corrente già avevano fatto la parte del lavoro, descrivente circa 14.000 interazioni fra le proteine differenti. Il progetto in corso ha catturato questo di andata, esaminando il modo quasi tutte le proteine che sono state codificate dai geni umani interattivi. Ciò ha reso alla mappa almeno quattro volte complete.

In primo luogo hanno stimolato l'espressione simultanea di entrambi i geni, codificante un paio delle proteine umane all'interno di una cella di lievito. Tali paia sono state create per esprimere le interazioni fra quasi ogni proteina umana se accadesse. Ogni tale interazione provoca un'opzione molecolare che migliora la crescita della cella. Quindi, la crescita delle cellule di lievito ha segnalato la presenza di interazione.

Facendo uso di questo come base, i ricercatori hanno esaminato tutte le combinazioni possibili di paia fra 17.500 proteine umane, cercanti le interazioni fra le proteine in ogni paio. Hanno provato ad interazioni in 3 versioni distinte di una cella di lievito ed ogni prova è stata ripetuta simultaneamente tre volte. Ciò ammonta a verificare 3 miliardo interazioni possibili, in tutto.

Alla fine, sono state lasciate con circa 53.000 interazioni binarie in mezzo oltre 8.000 proteine. La maggior parte di questi erano interazioni novelle. Tutti poi sono stati convalidati facendo uso di un'altra analisi.

Perché è il interactome importante?

Il interactome fornisce una struttura per capire come le molecole di proteina interagiscono, causando un intervallo delle malattie quale cancro, le malattie virali ed altre circostanze. La disponibilità delle guide di base di questa struttura rivela i modi fondamentali in cui la struttura o la funzione anormale del gene interrompe la funzione normale delle cellule per produrre le funzionalità cliniche della malattia. Per esempio, potrebbe aiutare gli scienziati a capire come SARS-CoV-2 il virus (che è l'agente della pandemia corrente COVID-19) interagisce con le proteine delle cellule ospiti per produrre le manifestazioni della malattia.

I vantaggi di questo approccio sono, secondo il ricercatore Mike Calderwood, “sequenziamento del genoma possono identificare le varianti portate da una persona che le rendono suscettibili della malattia, ma non rivela come la malattia è causata. I cambiamenti nelle interazioni di una proteina sono un meccanismo possibile della malattia e questa mappa fornisce un punto di partenza per studiare l'impatto delle varianti malattia-associate sulle interazioni della proteina-proteina.„

Ci sono complessivamente circa 20.000 geni che codificano per le proteine, ma piccolo è chiaro a partire ora circa dalle proteine che codificano. Tuttavia, gli scienziati stanno usando “colpevolezza un principio da associazione„, in cui considerano che due proteine siano probabili partecipare ai simili trattamenti biologici se interagiscono con le simili proteine. Quindi, anche la funzione di una proteina sconosciuta può essere preveduta facendo uso della mappa del interactome.

Un altro ricercatore, Frederick P. Roth, dice umoristico, “la gente può cercare la loro proteina preferita ed ottenere le bugne circa la sua funzione dalle proteine che interagisce con.„

Le limitazioni

Il HuRI è oggi il interactome più completo, ma ancora rappresenta soltanto circa 2% - 11% di tutte le interazioni fra le proteine umane. La ragione per la quale la maggior parte delle interazioni è mancata è a causa della mancanza di molecole specifiche che sono essenziali per la funzione adeguata della proteina e sono trovate soltanto in cellule umane.

Nondimeno, HuRI ha moltiplicato la conoscenza sulle interazioni della proteina-proteina nelle cellule umane triple o in più. Ciò le rende una sorgente inestimabile di conoscenza in questa area.

Infatti, gli scienziati stanno trovando che anche le proteine esperte stanno trovande per avere nuovi ruoli all'interno della cella e stanno scoprendo dei i cambiamenti livelli molecolare che piombo alla malattia. In questo modo, HuRI è stato fruttuoso nello scoprire fino ad ora le funzioni sconosciute per le proteine che partecipano al apoptosis o morte programmata delle cellule, la versione del carico delle cellule e molti altri trattamenti delle cellule.

Similmente, il gruppo dei ricercatori ha tentato di collegare i dati sulle varie interazioni che hanno luogo fra le proteine all'espressione variabile dei geni in ogni genere di tessuto. Ciò li ha aiutati a trovare la schiera delle proteine d'interazione che sono essenziali nello sviluppo e nella manutenzione dei tessuti differenti. Egualmente li ha aiutati per identificare gli obiettivi novelli per il trattamento di un intervallo di diversi stati di malattia causati dai fattori genetici. Questi hanno potuto comprendere parecchi tipi di cancri come pure determinate circostanze contagiose.

In tranquillo un'altra direzione, hanno paragonato le interazioni fra le varie proteine trovate in celle allo studio a quelle trovate nella mappa di riferimento, per scoprire come le proteine anormali trovate nelle malattie differenti hanno avviato le interazioni anormali, a loro volta. Ciò ha rivelato le cose che stavano andando male causare che specifico condizioni ad un livello molecolare.

Il portale online, sul sito di pubblicazione online BioRxiv di open source, già ha avuto 15.000 visite dal suo inizio nell'aprile 2019. I ricercatori dicono che molti utenti già hanno scaricato l'intero gruppo di dati. Come il documento precedente, coprente di meno che un terzo di HuRI, che ciò nonostante è stato citato più di 800 volte, prevedono l'uso molto più pesante dei loro dati in futuro.

Journal reference:

Luck, K., Kim, D., Lambourne, L. et al. A reference map of the human binary protein interactome. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2188-x

Dr. Liji Thomas

Written by

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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