¿Qué es la proteómica? | Revista The Scientist®

Manténgase actualizado sobre las últimas novedades científicas con los resúmenes de Brush Up.

La proteómica es la ciencia a gran escala estudio de las proteínas presente a nivel celular y sistémico. Generando una respuesta integral conjuntos de datos de proteínasLos científicos comprenden el flujo y reflujo de la expresión de proteínas en un tejido, cómo difiere de una célula a otra y cómo estas diferencias ilustran el funcionamiento interno de un organismo.^1-3

En un organismo, miles de proteínas interactúan de manera específica según el tipo de célula y el tejido para regular el destino y las funciones celulares. Los genes que codifican proteínas crean decenas de miles de copias de diferentes péptidos en una célula. Además, la expresión de proteínas varía de una célula a otra y sus niveles cambian con el tiempo. Muchas de estas proteínas interactúan entre sí, se localizan en compartimentos subcelulares distintos y sufren modificaciones postraduccionales, como la fosforilación, la glicosilación y la ubiquitinación. La investigación de los niveles, la composición, las interacciones y las estructuras de las proteínas dentro del contexto celular es fundamental para comprender los sistemas biológicos en la salud y la enfermedad.

¿Qué investiga el campo de la proteómica?

Los científicos emplean tres enfoques principales en estudios de proteómica: expresión, proteómica estructural y funcional.^2,4

La proteómica de expresión determina dónde y cuándo se expresan las proteínas y mide sus cantidades. Este enfoque cualitativo y cuantitativo puede comparar la expresión de proteínas en distintas condiciones, como estados de salud y de enfermedad, lo que permite a los investigadores identificar proteínas específicas de la enfermedad. Con estos datos de expresión, los científicos también pueden identificar nuevos marcadores de tipos celulares, lo que les permite etiquetar y manipular sus muestras con mayor precisión.²

La proteómica estructural aclara las estructuras tridimensionales de diferentes proteínas y sus interacciones con los compartimentos celulares, como las membranas, los orgánulos y los nucleosomas.²

La proteómica funcional permite a los investigadores examinar las funciones y redes de proteínas dentro de una célula. Al mapear la interacción de una proteína específica con numerosos socios, incluidas proteínas desconocidas, los investigadores predicen cómo estas interacciones impulsan vías moleculares y celulares específicas.²

¿Qué puede revelar la proteómica que la genómica no puede?

Mediante la genómica, los investigadores mapean exomas y genomas completos e identifican marcadores genéticos y variantes genéticas. Sin embargo, una limitación clave de la genómica es que los datos solo sugieren mediciones indirectas de estados celulares. La expresión y regulación de proteínas reflejan con precisión estados fisiológicos, que se miden con proteómica. Además, los datos genómicos no revelan los niveles de proteínas, su dinámica a lo largo del tiempo y las modificaciones postraduccionales. proteómicaLos científicos generan un mapa de las complejas redes de proteínas y sus interacciones moleculares para obtener información directa sobre las vías biológicas.^3,5

¿Qué métodos utilizan los científicos en experimentos proteómicos de alto rendimiento?

Espectrometría de masas

Espectrometría de masas La proteómica basada en espectrometría de masas (MS) es el método más completo, ya que permite a los investigadores cuantificar los niveles de proteínas y descubrir modificaciones e interacciones proteínicas. La MS detecta la abundancia de un péptido leyendo sus propiedades fundamentales, como la masa molecular y la carga neta.

La masa proporciona información sobre la identidad de la proteína, su estructura y sus modificaciones químicas.⁶

Un espectrómetro de masas está equipado con una fuente, un analizador y un detector. La fuente utiliza métodos de ionización de gas o líquido para producir fragmentos de péptidos cargados. El analizador separa estos fragmentos en función de sus relaciones masa-carga. Los detectores permiten la detección y amplificación de señales en respuesta a las especies cargadas presentes en el analizador.

La proteómica basada en espectrometría de masas está ganando popularidad en todos los campos de investigación biológica, desde la ciencia de los descubrimientos en laboratorios de investigación fundamental hasta las aplicaciones de diagnóstico, debido a su poder analítico y cuantitativo. Sin embargo, la espectrometría de masas tiene varias limitaciones, como la tediosa estandarización de protocolos y los procesos de análisis de datos que demandan tiempo y recursos costosos.

Proteómica de afinidad

Proteómica de afinidad Utiliza anticuerpos y otros reactivos de unión, como sondas de detección específicas de proteínas, para el análisis del proteoma. Las plataformas de proteómica de afinidad ofrecen perfiles de proteínas de alto rendimiento, análisis de interacciones proteína-proteína y detección de modificaciones postraduccionales a partir de fluidos corporales, células cultivadas y tejidos. Si bien es muy eficiente y robusta, la proteómica de afinidad se limita a proteínas bien caracterizadas con anticuerpos y sondas preexistentes.⁷

En aplicaciones específicas de enfermedades, la proteómica de afinidad permite cuantificar biomarcadores candidatos de manera sólida y facilita el descubrimiento y la validación de nuevos biomarcadores. Para el diagnóstico, la proteómica de afinidad es más ventajosa que la espectrometría de masas porque, en aplicaciones clínicas, los científicos quieren perfilar múltiples proteínas a la vez en un corto período de tiempo. Por ejemplo, la identificación rápida y rentable de biomarcadores tumorales es esencial para la detección y el diagnóstico tempranos del cáncer.

Chips de proteínas/microarrays de proteínas

Chips de proteína Los microarrays facilitan la proteómica a gran escala y de alto rendimiento, en la que los investigadores pueden estudiar el proteoma completo de una célula. Estos chips consisten en sondas sobre una superficie de soporte, como vidrio, membranas de nitrocelulosa o perlas. Las sondas son ligandos, compuestos químicos, aptámeros o anticuerpos unidos a colorantes fluorescentes que se unen selectivamente a las proteínas de interés presentes en la muestra. Los potentes escáneres láser detectan y cuantifican la señal fluorescente resultante de las interacciones proteína-sonda, donde una mayor unión produce una mayor intensidad de señal.⁸

Debido a que los flujos de trabajo pueden automatizarse en gran medida, los chips de proteínas permiten una detección rápida y altamente sensible de proteínas a partir de pequeñas cantidades de muestra y reactivo. Los investigadores a veces modifican las matrices de proteínas para mejorar la detección de proteínas. Por ejemplo, microarrays de proteínas en fase inversa inmovilizar un conjunto de proteínas en la matriz para capturar biomarcadores específicos de la enfermedad de la muestra de un individuo.⁹

Si bien los microarreglos de proteínas capturan numerosas proteínas a la vez en comparación con otros métodos proteómicos, dar sentido a los datos y delinear las concentraciones e interacciones de proteínas a partir de conjuntos de datos a gran escala sigue siendo un gran desafío.⁸

¿Cómo analizan los investigadores los datos proteómicos?

Una evaluación cuantitativa a gran escala conjunto de datos de proteómica Se representa comúnmente como una matriz 2D de valores cuantitativos para diferentes péptidos identificados en una muestra. Se requieren bioestadística y bioinformática para interpretar los datos proteómicos.^10,11

Independientemente del método proteómico utilizado, los científicos suelen emplear un método similar. análisis de los datos Flujo de trabajo que implica la estandarización de datos, la anotación de proteínas y la cuantificación de proteínas. Según el método utilizado para la adquisición de datos, los resultados pueden incluir información sobre la identidad de las proteínas. Por ejemplo, los datos de MS incluyen espectros de péptidos como relaciones masa-carga que se pueden decodificar con algoritmos de inferencia de proteínas.¹²

En la etapa de descubrimiento, los investigadores utilizan algoritmos y canales para identificar las secuencias de aminoácidos de sus muestras, las estructuras proteínicas con posibles bolsillos de unión y cualquier modificación postraduccional. Muchos algoritmos bioinformáticos también generan mapas de interacción proteína-proteína, lo que permite a los investigadores construir vías biológicas distintas y determinar cómo se asocian entre sí. Varios de estos métodos utilizan simulaciones para modelar redes biológicas. Al construir computacionalmente interacciones celulares complejas, los investigadores obtienen pistas que los ayudan a diseñar experimentos para probar las interacciones de proteínas e identificar las consecuencias in vivo.^10,11

La anotación funcional de los datos proteómicos determina la función de una proteína comparando bases de datos que incluyen información sobre vías biológicas. Por ejemplo, la clasificación basada en la ontología genética (GO) categoriza un gen o proteína según sus funciones, vías y dominios estructurales.^11,12 Utilizando anotaciones GO, los investigadores pueden predecir la función molecular de una proteína junto con el proceso biológico en el que participa en un contexto celular determinado.

Preguntas más frecuentes

¿Qué es la proteómica?

• La proteómica es el estudio a gran escala de las proteínas presentes a nivel celular y sistémico.

¿Para qué se utiliza la proteómica?

• Al generar conjuntos de datos de proteínas completos, los científicos comprenden el flujo y reflujo de la expresión de proteínas en un tejido, cómo difiere de una célula a otra y cómo estas diferencias ilustran el funcionamiento interno de un organismo.

¿Cuál es la relación entre la proteómica y la genómica?

• La genómica proporciona a los investigadores información sobre genes, variantes genéticas y marcadores genéticos. Mediante análisis proteómicos, los investigadores pueden comprender mejor la función de esas características genéticas y cómo cambian con el tiempo.

¿Qué métodos utilizan los investigadores para analizar el proteoma?

• Algunos métodos proteómicos comunes incluyen espectrometría de masas, proteómica de afinidad utilizando anticuerpos u otros reactivos de unión y chips o microarrays de proteínas.

Este artículo fue publicado originalmente el 16 de enero de 2023. Fue actualizado el 1 de agosto de 2024 por Niki Spahich, Doctor.