La proteomica è una branca delle cosiddette scienze “OMICHE”. Le scienze omiche sono quelle discipline che utilizzano tecnologie di analisi che consentono la produzione massiva di dati utili per la descrizione e l’interpretazione del sistema biologico. Se per genoma si intende la mappa comprendente tutti i geni di una cellula, il proteoma rappresenta in sostanza il “set completo” di proteine. Differentemente dal genoma, il proteoma risulta contesto-dipendente, in sostanza varia in tempi diversi della vita cellulare.
Mentre il corredo di geni di una cellula resta invariato, statico, l’insieme delle proteine espresse è invece estremamente vario e ampiamente dinamico. Considerando un qualsiasi organismo questo presenterà pertanto livelli d’espressione proteica radicalmente diversi a seconda delle varie parti del suo corpo (ad esempio tessuto specifica) delle varie fasi del suo ciclo di vita (stadio specifica) e anche delle condizioni ambientali.
Si è poi già a conoscenza del fatto che l’uomo possiede all’incirca 20.000 geni, ma il contenuto proteico supera il milione! Questo dislivello che si ha tra il numero di geni e il numero di proteine prodotte in un organismo è dovuto a differenti fattori, quali:
- presenza di promotori alternativi per ciascun gene
- presenza di siti di terminazione alternativi
- splicing alternativo dei trascritti
- modifiche post-traduzionali
Da qui l’assioma:
Il proteoma è l’insieme di tutti i possibili prodotti proteici espressi in una cellula, incluse tutte le isoforme e le modificazioni post-traduzionali. Il proteoma è dinamico nel tempo, varia in risposta a fattori esterni e differisce sostanzialmente tra i diversi tipi cellulari di uno stesso organismo.
La proteomica ha acquisito costantemente slancio negli ultimi dieci anni con l’evoluzione di diversi approcci. Pochi di questi sono nuovi e altri si basano su metodi tradizionali. I metodi basati su spettrometria di massa e i micro array sono le tecnologie più comuni per lo studio su larga scala delle proteine.
Proteomica a step: 3 livelli
La proteomica si sviluppa su tre diversi livelli:
- proteomica d’espressione, che mira all’identificazione di pattern di espressione (es. differenze di condizione tra sano e malato);
- proteomica strutturale, che si occupata della caratterizzazione delle proteine a livello strutturale e che si serve di tecniche quali cristallografia e NMR;
- proteomica funzionale, che a sua volta comprende lo studio delle interazioni tra proteine (interattomica), lo studio delle interazioni tra una proteina ed i suoi substrati (metabolomica) e lo studio delle funzioni specifiche delle proteine.
Applicazioni
Uno sviluppo importante, derivante dallo studio della proteomica umana, è stato l’identificazione di nuovi potenziali farmaci per il trattamento di alcune malattie. Ad esempio, se una determinata proteina è implicata in una malattia, la sua struttura 3D fornisce le informazioni per progettare farmaci che interferiscano con la sua azione. Questa è la base di nuovi strumenti, che mirano a trovare nuovi farmaci per inattivare le proteine coinvolte nella malattia.
Un altro aspetto importante della proteomica, tuttavia non ancora affrontato, è l’approccio allo studio delle proteine nel contesto “ambiente”. Il crescente uso di crosslinker chimici, introdotti nelle cellule viventi per fissare proteine, DNA e altre interazioni, può rappresentare una strada da seguire per superare parzialmente questo problema. Ad ogni modo lo sviluppo di metodi più sofisticati per lo studio di proteine e altre molecole nelle cellule viventi in tempo reale rappresenta ancora oggi una dura sfida nonostante i passi avanti compiuti.
