Analityczny kamień milowy, cz.1.

Schemat splicingu/za www.wikipedia.org; LadyofHats/Michał Komorniczak (dom. publ.)

ResearchBlogging.org

Kamień milowy /źródło: http://www.wikipedia.org, Chemical Engineer (dom. publ.)

No więc dzisiaj będzie kolejny nieco bardziej specjalistyczny wpis. Ale ale, nie odchodźcie od monitorów – ja Was nie straszę, ja tylko obiecuję!

Najpierw słów kilka muszę powiedzieć o nauce o wdzięcznej nazwie proteomika, o której część Czytelników zapewne słyszała, część sądzi, że słyszała, a część nie słyszała, a powinna! W ostatniej dekadzie nastąpił ogromny wysyp innych nauk omicznych. O większości omik słyszało tylko wąskie grono specjalistów zajmujących się daną dziedziną. Ale wszyscy zapewne, laicy i naukowcy, słyszeli o genomice. Zacznijmy więc od początku.

Dawno, dawno temu, dokładnie 6 miliardów lat, na małej, niebieskiej planecie w Układzie Słonecznym…

No, może nie aż do takiego początku.

Wszystko zaczeło się gdzieś w ponurych latach ’60. i ’70., gdy wraz z odkryciem struktury DNA i rozwojem metod sekwencjonowania przyszło objawienie: można będzie wreszcie odczytać, odkodować i opisać wszystkie geny danego organizmu! Pulę genów organizmu nazwano genomem, a naukę, która zajmowała się sekwencjonowaniem, mapowaniem i analizą genomów – genomiką. Od podstaw stworzył ją i rozwijał Fred Sanger – chemik będący jedną z czterech zaledwie osób uhonorowanych Nagrodą Nobla dwukrotnie. Po raz drugi otrzymał ją zresztą za opracowanie metody sekwencjonowania DNA (tzw. metoda dideoksy).

Gdy więc w latach ’90. ruszał Human Genome Project, którego zadaniem było opisanie kompletnego ludzkiego genomu, genomika była już dojrzałą, chociaż wciąż rozwijającą się nauką. I chociaż ludzki genom w całości został odczytany dopiero ponad dekadę później, o genach, o formie ich zapisu, o sposobach ich odkodowania oraz o tym, jak gen przekłada się w organizmie na białko, wiedziano już wiele.

Wiedziano na przykład, że jeden gen nie oznacza jednego białka. W organizmach wielokomórkowych każdy gen zbudowany jest z przeplatających się odcinków DNA kodującego białka (egzonów) oraz tzw. śmieciowego DNA (intronów; w sferze wątpliwości pozostaje kwestia, czy to DNA jest w istocie tak bezużyteczne, jak pierwotnie sądzono). Na drodze pomiędzy odczytaniem DNA i przepisaniem go na mRNA, a syntezą białka, komórki stosują tzw. splicing, czyli montowanie genów. W procesie tym introny są usuwane, a odcinek mRNA stosowany do syntezy białka stanowi już tylko najczystszej krwi zapis genu.

Schemat splicingu/za http://www.wikipedia.org; LadyofHats/Michał Komorniczak (dom. publ.)

Życie jednak wybrało sprytny sposób na stworzenie niemal nieograniczonej liczby białek z zaledwie kilku, kilkunastu tysięcy genów. Otóż w procesie splicingu egzony mogą być łączone w różnych kombinacjach, dających w rezultacie różne odcinki mRNA, a co za tym idzie – różne białka. Tak więc jeden gen zapisany w DNA, może w istocie kodować kilka, a nawet kilkanaście białek.

Splicing jest tylko jednym z wielu sposobów wykorzystywanych przez organizmy do zwiększenia różnorodności produktów białkowych. Kolejnym są tak zwane modyfikacje post-translacyjne białek (PTMs). Określenie post-translacyjne oznacza tu, że modyfikacja białka dokonana jest już po zakończeniu formalnego procesu syntezy białka, czyli nie jest ona kodowana w genach. Różnych modyfikacji post-translacyjnych są dziesiątki, jeśli nie setki, co oznacza, że każde białko może mieć wiele wersji, modyfikowanych na różne sposoby. Do klasycznych przykładów PTMs należy fosforylacja białek – przyłączenie reszty fosforanowej, które jest bardzo intensywnie stosowanym mechanizmem aktywacji białek – oraz glikozylacja – przyłączenie reszt cukrowych. Ta ostatnia odgrywa niebywałe znaczenie w procesach rozpoznawania swoich i wrogich białek przez komórki (białka błonowe są mocno „pocukrowane”) oraz przez inne białka (przeciwciała także są glikozylowane w charakterystyczny sposób).

Wnioski do tej pory – w naszych organizmach krążą prawdopodobnie setki tysięcy, a może nawet miliony, różnych białek (ludzki proteom – zbiór wszystkich białek występujących w naszych organizmach – szacuje się na ok. 120 000). Nie wszystkie oczywiście występują we wszystkich komórkach. Nieco inny będzie skład białkowy hepatocytów, inny neuronów, a jeszcze inny komórek tłuszczowych. Niemniej sumaryczna różnorodność jest olbrzymia, jeśli weźmie się pod uwagę fakt, że ludzie posiadają jedynie ok. 20 tysięcy genów.

Oznacza to, że w przeciwieństwie do genomu, który raz zsekwencjonowany dla danej osoby można w zasadzie zapisać na dyskietce i schować do szafy, opisanie proteomu jest wielkim wyzwaniem dla badaczy. Bo proteom jest dynamicznym odpowiednikiem genomu, zmienia się w zależności od lokalizacji w organizmie, od czasu (zależy od fazy cyklu komórkowego itp.), od stanu patologicznego (lub nie) komórek…

Wielkim i pierwszym prawdziwym krokiem milowym w proteomice było więc znalezienie metod pozwalających na identyfikację białek w sposób nieco mniej żmudny niż ich sekwencjonowanie. Ale o tym więcej w następnym odcinku…

Maniatis, T., & Tasic, B. (2002). Alternative pre-mRNA splicing and proteome expansion in metazoans Nature, 418 (6894), 236-243 DOI: 10.1038/418236a

Mann, M., & Jensen, O. (2003). Proteomic analysis of post-translational modifications Nature Biotechnology, 21 (3), 255-261 DOI: 10.1038/nbt0303-255

Harrison PM, Kumar A, Lang N, Snyder M, & Gerstein M (2002). A question of size: the eukaryotic proteome and the problems in defining it. Nucleic acids research, 30 (5), 1083-90 PMID: 11861898

7 Comments

    1. Nie, nie jestem pewien. To jest wiedza cały czas ewoluująca. Jest bardzo prawdopodobne (nie pamiętam już niestety), że ta liczba była zaczerpnięta z którejś z cytowanych przeze mnie publikacji. Zwróć uwagę, że one są wszystkie sprzed blisko dekady. Obecnie uważa się w istocie, że ludzki proteom jest znacznie większy. Znam jednego profesora, który szacuje go nawet na 4 miliony różnych białek, ale osobiście uważam, że trochę przesadza. Niemniej jednak kilkaset tysięcy wydaje się bardzo prawdopodobną liczbą, którą zresztą podałem we wpisie sprzed kilku miesięcy, który był poświęcony ściśle rozmiarowi proteomu (powyższy to był tylko taki ogólny wstępniak do metod).

      Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s