Тело — библиотека, белок — книга
Ученые составили перечень белков в теле человека и благодаря этому смогли убедиться в эффективности нескольких лекарств от рака. В подобных исследованиях находится путь к персонализированной медицине будущего, когда диагностика заболеваний и подбор способа их лечения будет проводиться с помощью поиска специфических молекул — биомаркеров.
Человеческая ДНК кодирует громадное количество белков, и многие из них занесены в компьютерные базы данных, но четкой структурированной карты, наглядно демонстрирующей, когда и где все они работают, до сих пор создано не было. Чтобы исправить ситуацию, две независимые исследовательские группы с помощью масс-спектрометрического анализа составили «путеводители», помогающие ориентироваться в мире протеома».
Слова «геном» и «геномика» после проекта «Геном человека» уже мало кому режут слух. Но пока далеко не все знают, что такое «протеом». Этот термин используется для обозначения белков—протеинов в организме, клетке или ткани в определенный момент времени. За последнее десятилетие технологии, позволяющие читать «текст» ДНК, значительно усовершенствовались: теперь ученые могут сделать это быстрее и дешевле, чем раньше.
Но для понимания всех молекулярных процессов, происходящих в организме, мало просто знать, какой белок кодируется геном – необходимо определить модификацию и количество этого белка в конкретном «месте службы», так как в каждом органе их набор сильно отличается, что прямо связано с функциями органа.
Поскольку любой белок не существует сам по себе, а является частью сложных и запутанных цепочек взаимодействий, определяющих судьбу клетки, ткани или органа, в которых они происходят, то без схемы или карты разобраться было очень сложно.
«Можно представить, что тело – это гигантская библиотека, где каждый белок – это книга,
— говорит Акилеш Панди, профессор Института медицинской генетики, биохимии, патологии и онкологии в университете им. Джона Хопкинса (США), основатель и директор Института биоинформатики в Бангалоре (Индия). — Вся сложность в том, что нет полного каталога с названиями книг и указанием, где их найти. Думаю, сейчас мы создали первую схему этого каталога».
Команда индийских исследователей использовала в своей работе, результаты которой представлены в Nature, 30 образцов нормальных тканей взрослого организма, семь образцов зародышевых тканей и шесть типов клеток. Из них выделили белки, которые расщепили специальными ферментами и с помощью новейших технологий подсчитали их количество в каждом образце. Было установлено соответствие между 17 294 генами (это 84% от всего генома) и кодируемыми ими белками, причем 2 535 из этих соответствий ранее отсутствовали в общих базах данных. Кроме того, были исправлены ошибки предыдущих аннотаций, пропустивших некоторые гены или определяющих экспрессирующиеся (действующие) гены как псевдогены (нерабочие), и кодирующие РНК как некодирующие.
Самым неожиданным для команды Панди, по его словам, стало открытие 193 белков, инструкция по сборке которых записана в областях ДНК, ранее считавшихся некодирующими.
Данный факт показывает, что ученые еще не до конца понимают, как клетка читает ДНК.
Вторая команда исследователей (Технический университет Мюнхена, Германия) в своей работе, также опубликованной в Nature, изучила более 18 тыс. протеинов, указав в своей базе данных их количество, распределение и модификации в разных типах клеток и тканей.
Изучая матричную (информационную) РНК, которая создается на ДНК и является шаблоном для сборки белка, немецкая группа исследователей установила, что
каждая мРНК сама определяет, какое количество копий белка нужно произвести, причем для разных белков соотношение разное.
«Поскольку теперь мы знаем эту пропорцию для огромного числа белков, мы можем рассчитать количество белковых копий по количеству копий мРНК, и наоборот», — заявил руководитель группы Бернард Кёстер, профессор кафедры протеомики и биоаналитики Мюнхенского технического университета.
Как и ученые из группы Панди, группа Кёстера с удивлением обнаружила сотни новых белковых фрагментов, не кодируемых генами, известными в настоящий момент. Напротив, около 2 тыс. белков, которые, согласно генетической карте, должны существовать, найти не удалось. По мнению Кёстера, причиной тому является непрерывное изменение генов под действием эволюции.
Еще одним важным этапом исследования, проведенного в университете Мюнхена, стала проверка эффективности 24 лекарств от рака против 35 типов раковых клеточных линий.
В результате была подтверждена зависимость между успешностью лечения и набором содержащихся в клетках белков.
Создание двух карт протеома, несмотря на их неполноту, значительно облегчает работу будущих исследователей по определению найденных белков. Это позволяет использовать результаты, полученные немецкими и индийскими учеными в различных сферах, в частности, в персонализированной медицине для диагностики заболеваний с помощью поиска биомаркеров (специфических сигнальных молекул) и подбора способа их лечения.
