Proteómica
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Proteómica. Proporciona un enfoque más directo para entender la función celular porque la mayoría de las funciones de los genes son realizadas por proteínas.
Sumario
Auge actual de la Proteómica
La Proteómica es, junto a la Genómica, una de las nuevas tecnologías que más interés ha despertando en los últimos tiempos. El auge actual de la Proteómica se debe a dos razones fundamentales.
Por un lado, los grandes proyectos de secuenciación de genomas han generado una enorme cantidad de información; en la actualidad se ha secuenciado el genoma completo de alrededor de 90 especies, de las cuales cinco corresponden a organismos eucarióticos, y la tasa de análisis tiende a superar la treintena de genomas por año. La necesidad de descifrar esta ingente cantidad de información genómica ha estimulado considerablemente el estudio directo y a gran escala de los productos codificados por los genes, es decir, las proteínas. De forma paralela se ha estimulado el desarrollo de nuevas herramientas bioinformáticas para analizar y procesar esta información.
Por otra parte, en los últimos años las técnicas de análisis químico de proteínas han experimentado un desarrollo espectacular. Hasta hace muy poco las herramientas que se disponían para este fin sólo permitían el análisis de proteínas de una forma poco sensible y excesivamente lenta y costosa. El reciente desarrollo de las llamadas técnicas de “ionización suave” (MALDI y electrospray) abrió el camino al estudio de macromoléculas mediante espectrometría de masas. Estos métodos de ionización, en combinación con diversas técnicas de análisis de masas (tales como el “TOF”, el cuadrupolo o la trampa iónica) permiten hoy en día la identificación y secuenciación de proteínas con unos niveles de rapidez, sensibilidad y versatilidad sin precedentes. La aparición de herramientas que por primera vez en la historia de las biociencias permiten el análisis sistemático de los agentes fundamentales de la vida, las proteínas, ha dado lugar al desarrollo de la moderna Proteómica.
Nuevo concepto de Proteómica
El crecimiento en el número de proyectos de investigación orientados a estudiar proteomas de forma sistemática ha dado lugar a la aparición de un nuevo concepto, “Proteómica”, con el que se trata de describir la ciencia o conjunto de tecnologías que estudian el proteoma. Algunos autores prefieren definir la Proteómica como la parte de la Genómica Funcional que centra su atención en el estudio directo de las proteínas e involucra el análisis simultáneo de todas las proteínas traducidas en una célula.
Técnicas experimentales en las que se basa
Los proyectos de Proteómica se basan en el uso sinérgico de una serie de técnicas, que se suelen clasificar en tres categorías:
1) Herramientas para el análisis global y la separación de los componentes del proteoma.
2) Herramientas para el análisis individual de los componentes del proteoma.
3) Técnicas para el proceso e interpretación de los datos.
Aplicaciones en el área de Biociencias
En esta 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.
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.
Las nuevas tecnologías
El interés que despierta actualmente la Proteómica se traduce en un desarrollo tecnológico continuo, que da lugar a aproximaciones novedosas. Desde el punto de vista de la espectrometría de masas, se están comenzando a usar nuevos aparatos, que se basan principalmente en la combinación “híbrida” de técnicas ya conocidas. Por ejemplo, los aparatos basados en la combinación de un doble cuadrupolo y un TOF (qQ-TOF) mejoran sensiblemente la resolución de los espectros de fragmentación, y la combinación de la ionización MALDI con el analizador qQ-TOF o la trampa iónica permite fragmentar péptidos directamente una vez obtenida la huella peptídica. La espectrometría de masas denominada MALDI-TOF/TOF conjuga todas las ventajas de la espectrometría MALDI-TOF convencional con la capacidad de producir espectros de fragmentación de péptidos de forma rápida y robusta. Esta técnica está comenzando a ser utilizada para la identificación a gran escala de proteínas. Otras aproximaciones de la espectrometría de masas se basan en el acoplamiento de un sistema de cromatografía líquida bidimensional con un analizador de trampa iónica o del tipo qQ-TOF. Este procedimiento, capaz de identificar millares de péptidos en un solo experimento, permite analizar de forma automática los componentes de mezclas muy complejas de péptidos, tales como las producidads por la digestión directa de un proteoma. Esta técnica (también denominada “shotgun proteomics”) se ha aplicado a la identificación directa de componentes de complejos macromoleculares e incluso al análisis de proteomas enteros sin necesidad de separar sus componentes mediante electroforesis.
Futuro de la Proteómica
Una de las razones que explican el creciente interés por la Proteómica es el hecho de que muchas propiedades de las proteínas, sobre todo sus interacciones y sus modificaciones postraduccionales, no pueden, en general, predecirse a partir de la secuencia de DNA. En un futuro próximo la Proteómica nos permitirá analizar las propiedades de sistemas complejos de proteínas desde una perspectiva global e integradora.
Una de las asignaturas pendientes de la Proteómica es que, en su concepción actual, no puede aplicarse de forma efectiva al estudio de especies, como muchos microorganismos o especies de interés en biotecnología o tecnología de alimentos, cuyas proteínas no están suficientemente representadas en las bases de datos.
El desarrollo de nuevos algoritmos informáticos capaces de interpretar de forma inteligente la información generada por la espectrometría de masas (interpretación “de novo” de espectros de fragmentación), permitirá en un futuro próximo aplicar la Proteómica al estudio de estas especies. Estos nuevos desarrollos bioinformáticos podrían también aplicarse al estudio sistemático de modificaciones postraduccionales. Estas técnicas, en combinación con los métodos de cromatografía líquida bidimensional, podrían abrir el camino al estudio de modificaciones postraduccionales a gran escala y de forma dinámica, y a la manera como éstas modulan, desde una perspectiva global, el control de la inmensa mayoría de los procesos celulares.
