Proteomikens Google

Så kallade pathways, signaleringsvägar, är ett välkänt begrepp inom den biologiska forskningen och har nu även blivit det inom proteinforskningen för att förklara viktiga skeenden.

- Vi försöker ta hjälp av den vokabulären. För att på ett fungerande sätt kunna beskriva olika händelseförlopp inom proteomiken; vad som händer vid specifika tillfällen respektive vilka processer som pågår vid olika tidpunkter, säger Roman Zubarev, professor i medicinsk proteomik.

Roman Zubarevs forskargrupp arbetar nu med att utveckla olika forskningsverktyg som kan tolka proteindata i termer av pathways. Bland annat använder man sig av en enorm databas där alla data om proteiners ageranden läggs in, en databas som byggs av ett tyskt företag med många indiska forskare anställda. Zubarevs grupp använder databasen för att betygssätta proteindata efter ett så kallat scoringsystem. Han har utvecklat en sökmotor som ska få namnet Pathway Search Engine (PSE) och som lite förenklat kan beskrivas som proteomikens Google. Steg ett i projektet har varit att visa att detta i praktiken är möjligt att genomföra. På motsvarande sätt som det idag finns databaser över tiotusentals olika sjukdomar och diagnoser, och där man kan skriva in symtom och få förslag på sjukdomar, försöker forskarna nu att göra samma sak när det gäller proteomets förändringar respektive signaleringsvägar.

- Nästa steg har varit att våra samarbetspartners inom Karolinska Institutet tagit cancerceller som behandlats med strålning och studerat vad som händer på cellnivå i samband med hård bestrålning med joner, respektive vid mjukare strålbehandling med fotoner.

Dessa strålbehandlingar har visat sig leda till skador på cellkärnans arvsmassa, skador som cellerna i vissa fall klarade av att reparera. Men den hårda bestrålningen med joner ledde till multipla DNA-skador.

- Vanliga cancerceller dör inte så lätt av själva strålningen. I stället är det cellerna själva som bestämmer när det inte längre är värt att kämpa vidare, och i stället gå in i apoptos, det vill säga programmerad celldöd.

Roman Zubarevs grupp har studerat vad som här händer på pathway-nivå. Man har sett två viktiga skillnader där en pathway, den så kallade Jnk pathway, uppreglerades och den så kallade P38 pathway nedreglerades, genom att antalet proteiner, av hundratalet studerade, förändrades. En hypotes som har utvärderats med annan metodik av gruppens samarbetspartners på Karolinska Institutet. I steg tre kommer man att använda sig av vävnadsmaterial av såväl djur som människa. Syftet är att bygga kvantitativa modeller över sjukdomar som cancer, diabetes, reumatoid artrit och kronisk smärta.

- Modeller som kan ge en förklaring till hur dessa sjukdomar kommer att utvecklas och om det är möjligt att i detta förlopp påverka specifika proteiner.

Masspektrometri

En generell tumregel inom proteomiken, menar Roman Zubarev, är att oavsett vad som händer på cellnivå uppregleras en tredjedel av proteinerna, en tredjedel nedregleras medan ungefär en tredjedel är oförändrade i antal. Roman Zubarevs forskargrupp mäter proteomet vid vissa tidpunkter med hjälp av tandemmasspektrometri, en mätmetod där man bryter sönder proteiner till peptider och mäter massan av peptidmolekyler tillsammans med alla möjliga modifieringar. Därefter fragmenterar man peptidmolekylerna och mäter vikten av deras fragment.

- Det är viktigt att fragmenten behåller alla modifieringar under mätningen, annars förlorar man viktig strukturinformation. Vi använder en specifik metod att bryta sönder protein- och peptidmolekyler utan att modifieringar tappas bort, så kallad electron capture dissociation (ECD). En metod jag upptäckte under åren som post doc vid Cornell University och senare utvecklat vidare.

Metoden innebär i korthet att man med hjälp av positivt laddade peptidjoner kan fånga negativt laddade elektroner. När detta sker, omvandlas peptidmolekyler till så kallade radikaler och bryts sönder på de många ställen som vid omvandlingen blivit instabila. Jämfört med de cirka 23 000 generna i människans arvsmassa finns mångdubbelt fler proteiner. Man brukar tala om hundratusentals posttranslationella former av proteiner i olika delar av kroppen.

- Till och med ett äpple med sina 35 000 gener har fler gener än människan. Det visar att människans komplexitet inte sitter i generna utan snarare i de posttranslationella proteinernas modifikationer.

Text: Eva Cederquist, publicerad i "Från Cell till Samhälle" 2009

Om forskningsämnet

Systembiologins uppkomst på 1950-talet innebar ett nytt paradigm inom den biologiska forskningen. Efter kartläggningen av det mänskliga genomet på 1990-talet har nu ytterligare ett steg tagits mot proteomiken, där det samtidigt går att mäta tusentals proteiner. Men idag saknas verktyg för att i stor skala förklara vad som händer, och forskningen tar därför hjälp av den biologiska forskningsvokabulären. Ett konkret exempel är så kallade pathways, där en pathway exempelvis kan aktivera ett hundratal olika proteiner.

Länkar

ProfessorProteomik