7.22B: Proteómica

Objetivos de aprendizaje

• Resumir el propósito y los métodos utilizados para la proteómica

La proteómica es el estudio a gran escala de las proteínas, particularmente sus estructuras y funciones. El proteoma es el complemento completo de proteínas, incluyendo las modificaciones realizadas a un conjunto particular de proteínas, producidas por un organismo o sistema. Esto variará con el tiempo y los distintos requisitos, o tensiones, a los que sufra una célula u organismo.

Si bien la proteómica generalmente se refiere al análisis experimental a gran escala de proteínas, a menudo se usa específicamente para la purificación de proteínas y la espectrometría de masas. Después de la genómica y transcriptómica, la proteómica se considera el siguiente paso en el estudio de los sistemas biológicos. Es mucho más complicado que la genómica principalmente porque si bien el genoma de un organismo es más o menos constante, el proteoma difiere de célula a célula y de vez en cuando. Esto se debe a que distintos genes se expresan en distintos tipos de células. Esto significa que incluso el conjunto básico de proteínas que se producen en una célula necesita ser determinado. En el pasado, esto se hacía mediante análisis de ARNm, pero se encontró que esto no se correlacionaba con el contenido de proteínas. Ahora se sabe que el ARNm no siempre se traduce en proteína. La cantidad de proteína producida para una cantidad dada de ARNm depende del gen del que se transcribe y del estado fisiológico actual de la célula.

La proteómica confirma la presencia de la proteína y proporciona una medida directa de la cantidad presente. No solo la traducción del ARNm causa diferencias, sino que muchas proteínas también son sometidas a una amplia variedad de modificaciones químicas después de la traducción que son críticas para la función de la proteína como fosforilación, ubiquitinación, metilación, acetilación, glicosilación, oxidación y nitrosilación. Algunas proteínas experimentan TODAS estas modificaciones, a menudo en combinaciones dependientes del tiempo, ilustrando acertadamente la complejidad potencial que uno tiene que enfrentar al estudiar la estructura y función de las proteínas.

Por lo general, la proteómica nos da una mejor comprensión de un organismo que la genómica. Primero, el nivel de transcripción de un gen solo da una estimación aproximada de su nivel de expresión en una proteína. Un ARNm producido en abundancia puede degradarse rápidamente o traducirse ineficientemente, dando como resultado una pequeña cantidad de proteína. Segundo, como se mencionó anteriormente muchas proteínas experimentan modificaciones postraduccionales que afectan profundamente sus actividades. Por ejemplo, algunas proteínas no están activas hasta que se fosforilan. En tercer lugar, muchos transcritos dan lugar a más de una proteína a través de empalmes alternativos o modificaciones postraduccionales alternativas. Cuarto, muchas proteínas forman complejos con otras proteínas o moléculas de ARN. Sólo funcionan en presencia de estas otras moléculas. Finalmente, la tasa de degradación de proteínas juega un papel importante en el contenido de proteínas.

Una forma en la que se puede estudiar una proteína particular es desarrollar un anticuerpo que sea específico para esa modificación. Por ejemplo, hay anticuerpos que solo reconocen ciertas proteínas cuando están fosforiladas por tirosinas, conocidas como anticuerpos fosfoespecíficos. También hay anticuerpos específicos para otras modificaciones. Estos pueden ser utilizados para determinar el conjunto de proteínas que han sufrido la modificación de interés. Para determinaciones más cuantitativas de cantidades de proteínas, se pueden utilizar técnicas como los ELISA.

La mayoría de las proteínas funcionan en colaboración con otras proteínas. Un objetivo de la proteómica es identificar qué proteínas interactúan. Esto es especialmente útil para determinar posibles parejas en cascadas de señalización celular. Hay varios métodos disponibles para sondear las interacciones proteína-proteína. El método tradicional es el análisis de dos híbridos de levadura. Los nuevos métodos incluyen micromatrices de proteínas, inmunoafinidad y cromatografía seguida de espectrometría de masas, interferometría de polarización dual, termoforesis a microescala y métodos experimentales como presentación de fagos y métodos computacionales.

Figura: Preparación robótica de muestras de espectrometría de masas MALDI: La desorción/ionización láser asistida por matriz (MALDI) es una técnica de ionización suave utilizada en espectrometría de masas. Permite el análisis de biomoléculas y grandes moléculas orgánicas que tienden a ser frágiles y fragmentarse cuando se ionizan por métodos de ionización más convencionales.

Uno de los desarrollos más prometedores del estudio de genes y proteínas humanos ha sido la identificación de nuevos fármacos potenciales para el tratamiento de enfermedades. Esto se basa en la información del genoma y el proteoma para identificar proteínas asociadas a una enfermedad, que los programas informáticos pueden usar como dianas para nuevos medicamentos. Por ejemplo, si una determinada proteína está implicada en una enfermedad, su estructura 3-D proporciona la información para diseñar fármacos que interfieran con la acción de la proteína. Una molécula que se ajuste al sitio activo de una enzima, pero que no puede ser liberada por la enzima, inactivará la enzima. Comprender el proteoma, la estructura y función de cada proteína y las complejidades de las interacciones proteína-proteína será fundamental para desarrollar las técnicas de diagnóstico y tratamientos de enfermedades más eficaces en el futuro. Además, un uso interesante de la proteómica es el uso de biomarcadores específicos de proteínas para diagnosticar enfermedades. Una serie de técnicas permiten realizar pruebas de proteínas producidas durante una enfermedad en particular, lo que ayuda a diagnosticar la enfermedad rápidamente.

Puntos Clave

• El proteoma es el complemento completo de proteínas, incluyendo las modificaciones realizadas a un conjunto particular de proteínas, producidas por un organismo o sistema.
• El proteoma varía con el tiempo y los distintos requisitos, o tensiones, que sufre una célula u organismo.
• Por lo general, la proteómica nos da una mejor comprensión de un organismo que la genómica.

Términos Clave

• proteómica: La rama de la biología molecular que estudia el conjunto de proteínas expresadas por el genoma de un organismo.
• genómica: El estudio del genoma completo de un organismo.
• Espectrometría de masas: Una técnica analítica que mide la relación masa/carga de los iones formados cuando una molécula o átomo se ioniza, vaporiza e introduce en vacío. La espectrometría de masas también puede implicar romper moléculas en fragmentos, lo que permite determinar su estructura.