Proteómica
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La proteómica puede definirse como la genómica funcional a nivel de proteínas. Es la ciencia que correlaciona las proteínas con sus genes, estudia el conjunto completo de proteínas que se pueden obtener de un genoma. La proteómica intenta resolver preguntas como: ¿Qué proteínas determinan los genes que hay en el genoma humano? ¿Qué función tienen las proteínas?
Conocer el proteoma de un organismo es tener una imagen dinámica de todas las proteínas expresadas por ese organismo, en un momento dado y bajo determinadas condiciones concretas de tiempo y ambiente. Las células expresan varios miles de proteínas diferentes y cada una de ellas puede experimentar numerosas modificaciones en respuesta a microambientes diferentes.
Cuando una célula está siendo atacada por un virus, las células producen anticuerpos. Esos anticuerpos son proteínas. Esos anticuerpos sólo se producen si hay virus, y no se producen si no lo hay. Lo mismo ocurre con otras condiciones como calor, o frío, o un millón de cosas distintas. Todas las proteínas que se producen en un momento determinado y bajo ciertas condiciones se llaman proteomas.
La proteómica es más general que uno de los proteomas derivados de un genoma.
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Una manera de definir la proteómica es el conjunto de técnicas que te permiten analizar el conjunto de proteínas presentes en la célula en determinado momento, el proteoma. Estas técnicas incluyen el 2D-PAGE (geles de poliacrilamida de dos dimensiones) y la MS (espectrometría de masas). La manera más fácil de hacer un estudio proteómico es comparar los proteomas de dos condiciones y observar sus diferencias.
Técnicas experimentales en las que se basa la Proteómica Los proyectos de Proteómica se basan en el uso sinérgico de una serie de técnicas, que se suelen clasificar en tres categorías:
I) herramientas para el análisis global y la separación de los componentes del proteoma; II) herramientas para el análisis individual de los componentes del proteoma; III) técnicas para el proceso e interpretación de los datos.
En la primera categoría, la herramienta más empleada es la electroforesis en geles de acrilamida en presencia de dodecil-sulfato sódico (SDS), que permite la separación de las proteínas de acuerdo a su peso molecular. Esta técnica se suele combinar con la separación previa de las proteínas en base a su punto isoeléctrico (“isoelectroenfoque”); la separación en función de sus propiedades eléctricas y su tamaño permite aislar prácticamente todas las proteínas de un proteoma en una matriz bidimensional (“electroforesis bidimensional”).
Las proteínas así separadas pueden ser analizadas directamente mediante espectrometría de masas, que constituye, en sus múltiples variantes, la herramienta fundamental de la segunda categoría. En la aproximación más común, las proteínas se “recortan” directamente del gel bidimensional donde han sido aisladas, y se digieren con una proteasa, que produce un conjunto de péptidos .Estos péptidos se analizan directamente mediante espectrometría de masas tipo MALDI-TOF (Matrix Asisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight). Esta técnica es particularmente útil para obtener el espectro de masas del conjunto de péptidos, también denominado “huella peptídica”. Alternativamente, los péptidos producidos, tras un proceso de eliminación de contaminantes, se analizan mediante espectrometría de masas tipo electrospray en combinación con un triple cuadrupolo o una trampa iónica. Estas técnicas permiten el análisis en tiempo real de péptidos individuales presentes en la mezcla, sin necesidad de separarlos del resto, el cual consiste en la fragmentación del péptido y la generación de un espectro de masas, también llamado “espectro de fragmentación” o “espectro MS/MS”. Las huellas peptídicas son características de cada una de las proteínas, y permiten identificarlas una a una en la base de datos, utilizando técnicas bioinformáticas, que constituyen las herramientas de la tercera categoría. De la misma manera, los espectros MS/MS son también característicos de cada uno de los péptidos, y permiten su identificación “in silico” en la base de datos. Ninguna de las dos técnicas (huella peptídica o fragmentación) es de aplicabilidad universal, y cada una de ellas tiene sus ventajas e inconvenientes. Sin embargo, la disponibilidad sinérgica de ambas técnicas hace de la espectrometría de masas una formidable herramienta para la identificación sistemática de proteínas.
Aplicaciones de la Proteómica en el Area de Biociencias En este área, la Proteómica se ha aplicado fundamentalmente a tres tipos de estudios
A.- La microcaracterización sistemática de proteínas, con el objetivo de abordar la identificación a gran escala de los componentes de un proteoma. La identificación a gran escala de los componentes de un proteoma permite la catalogación de los mismos y la construcción de bases de datos, que suelen organizarse en base a la imagen del proteoma que resulta de su separación mediante electroforesis bidimensional. Estas bases de datos tienen una enorme utilidad para los proyectos de investigación que necesiten un conocimiento detallado de esos proteomas.
B.- La identificación de los componentes del proteoma que sufren alteraciones en sus niveles de expresión a consecuencia de alteraciones fisiopatológicas o inducidas por agentes externos (“Proteómica de Expresión Diferencial”). Estos proyectos abordan la identificación de proteínas que sufren alteraciones en sus niveles de expresión a consecuencia de cambios en su entorno, situaciones de estrés, administración de drogas, efectores o señales bioquímicas o su estado fisiológico o patológico, permitiendo así determinar cuáles son las proteínas que intervienen en esos procesos (caracterización del mecanismo molecular; identificación de dianas farmacológicas) o identificar proteínas cuyos cambios de expresión resulten característicos del proceso (identificación de marcadores diagnósticos). Este tipo de estudios puede también llevarse a cabo mediante la tecnología de los “chips de DNA” aunque, en la práctica, se trata de dos aproximaciones complementarias. Los niveles de expresión de mRNA no siempre reflejan adecuadamente el nivel de expresión real de las proteínas correspondientes, por lo que la aproximación proteómica permite obtener resultados más concluyentes desde un punto de vista tanto fisiológico como farmacológico. Sin embargo, la tecnología de los chip de DNA permite concentrar el análisis en el nivel de expresión de determinados genes, con una sensibilidad superior.
C.- La caracterización de las interacciones subcelulares existentes entre la proteínas y la determinación de los componentes de complejos macromoleculares (“Proteómica de Mapa Celular”). Estos proyectos pretenden investigar la función de las proteínas caracterizando las interacciones que sufren en el interior de la célula. Estos proyectos responden a la noción cada vez más extendida de que las proteínas no actúan de forma aislada sino a través de grandes complejos macromoleculares, los cuales agrupan conjuntos de factores que realizan las diferentes etapas de un mismo proceso celular, de forma que su proximidad aumenta la eficiencia de cada etapa. Muchas veces, la identificación de los componentes de un complejo macromolecular o de los factores que interaccionan con una proteína dada resulta el camino más rápido para determinar su funcionalidad. Mediante este tipo de proyectos, aplicados de forma sistemática, los investigadores pretenden construir un mapa físico de las interacciones existentes entre las proteínas celulares.
