Протеоміка та її роль у дослідженні харчування The Journal of Nutrition Oxford Academic
Junjun Wang, Defa Li, Lawrence J. Dangott, Guoyao Wu, Proteomics and its Role in Nutrition Research, The Journal of Nutrition, том 136, випуск 7, 1 липня 2006 р., Сторінки 1759–1762, https://doi.org/ 10.1093/січня/136.7.1759
Анотація
З часу запуску проекту з геному людини в 1989 р. Відбулися революційні розробки в технологіях науки про життя, що характеризуються високою пропускною здатністю, високою ефективністю та швидкими обчисленнями. Таким чином, тепер доступні передові інструменти для аналізу ДНК, РНК, білка, низькомолекулярних метаболітів та великих наборів даних у дослідженнях харчування (1–4). Експресія білка - це функціональний результат транскрипції та трансляції генів; таким чином, вона довгий час була предметом великих досліджень біології. Такі дослідження визначили вирішальну роль білків у клітинній структурі та різноманітних біологічних процесах, включаючи передачу сигналу та використання поживних речовин. Використовуючи протеоміку, яка визначається як аналіз протеома (комплементу білків у клітинах, тканинах, органах та фізіологічних рідинах, а також їх взаємодії), дослідники можуть одночасно відображати та визначати тисячі білків у досліджуваному зразку та ідентифікувати їх зміни у відповідь на фізіологічні, патологічні та харчові зміни (1, 2). Хоча аналіз протеомів все ще перебуває в зародковому стані, має великі перспективи для відкриттів у дослідженнях харчування.
Протеомічні технології
Робочі процеси загальновживаних протеомічних технологій: 1. 2D-PAGE MS; 2. підхід зверху вниз; 3. MudIPT; 4. SELDI. Використовувані скорочення: ALD, кислотостійкий миючий засіб; APC, захоплення афінного білка; FTICR, іонний циклотронний резонанс перетворення Фур'є; IEX, іонообмінна хроматографія; PTM, посттрансляційні модифікації; RP-HPLC, зворотно-фазова ВЕРХ; SCX, сильний катіонообмін.
Робочі процеси загальновживаних протеомічних технологій: 1. 2D-PAGE MS; 2. підхід зверху вниз; 3. MudIPT; 4. SELDI. Використовувані скорочення: ALD, кислотостійкий миючий засіб; APC, захоплення афінного білка; FTICR, іонний циклотронний резонанс перетворення Фур'є; IEX, іонообмінна хроматографія; PTM, посттрансляційні модифікації; RP-HPLC, ВЕРХ з оберненою фазою; SCX, сильний катіонообмін.
2D-PAGE MS.
MudPIT.
Цей метод передбачає початкове перетравлення білків специфічною протеазою (зазвичай трипсином). Утворені пептиди розділяють за допомогою сильного катіонообміну та оберненофазної ВЕРХ з подальшим аналізом МС (5). Оскільки джерело іонізації ESI сумісний з рідким зразком, ESI-MS/MS часто зручно поєднується з ВЕРХ. Поряд з MudPIT, мітка ізотопів (включаючи 15 N/14 N, 18 O/16 O або кодовані ізотопом мітки) може бути використана для різного маркування протеомів у контрольних та оброблених зразках, що дає кількісну протеомічну інформацію (2). Інший кількісний метод (абсолютний кількісний аналіз) передбачає додавання 13-міченого пептиду до суміші для перетравлення білка для визначення відновлення пептиду під час обробки зразків (2). MudPIT не тільки долає недоліки 2D-PAGE MS, але також забезпечує наступні переваги: усунення трудомісткого етапу поділу білка; висока чутливість та вимога до малого обсягу вибірки; та універсальні механізми поділу пептидів. Основним недоліком MudPIT є нездатність легко надавати інформацію про білкові ізоформи або посттрансляційні модифікації.
Підхід зверху вниз.
Цей метод передбачає поділ білків спочатку за допомогою кислотостійкого миючого засобу в гель-електрофорезі, а потім за допомогою ВЕРХ із зворотною фазою з подальшим аналізом інтактних білків за допомогою МС (часто ESI-MS/MS) (6). Зовсім недавно іон-циклотронний резонанс перетворення Фур'є був використаний як мас-селективний аналізатор для усунення проблеми, що іони білка з різною масою, але однаковими співвідношеннями маси і заряду, мають однакову частоту циклотрону (1). Перевагами підходу зверху вниз є його застосовність до мембранних білків, які розчиняються в нестійкому в кислоті миючому засобі; динамічні діапазони вимірюваних білків; та його здатність надавати інформацію про білкові ізоформи та посттрансляційні модифікації. Це особливо важливо, коли гени, що цікавлять, не були послідовно розподілені. Хоча підхід зверху вниз швидко набуває визнання, в даний час він не підтримується програмними пакетами для обробки складних наборів даних і може не мати можливості послідовності всіх амінокислотних залишків у білках, що містять циклічний гем (7).
SELDI.
Ця технологія включає поділ білків за допомогою іонного обміну або LC та захоплення спорідненості на основі антитіл або субстратів одного або декількох цікавих білків на масиві білкових чіпів безпосередньо від вихідного матеріалу (8). Поверхні чіпів функціонують для фракціонування та збагачення субпопуляцій білків із складних білкових сумішей (3). Половлені білки аналізують методом лазерної десорбції/іонізації MS-TOF (3). Основними перевагами SELDI є проста підготовка зразків, зменшення складності зразків, придатність для білків з низьким вмістом (наприклад, фактори транскрипції та більшість клітинних білків) та швидке профілювання білка. Однак ця технологія в даний час застосовується лише до білків з максимальною молекулярною масою ≤20 кДа і забезпечує відносно меншу точність маси, ніж метод 2D-PAGE MS.
Застосування протеоміки до досліджень харчування
Протеоміка стала революційним інструментом відкриття в дослідженнях харчування. За допомогою цієї потужної технології її багато областей значно вдосконалено. Сюди входять профілі та характеристики харчових білків та білків, що містяться в організмі; травлення, засвоєння та метаболізм поживних речовин, а також їх функції у рості, розмноженні та здоров’ї; та індивідуальні потреби в поживних речовинах (Таблиця 1).
Застосування протеоміки до досліджень харчування
| Склад і характеристики харчових білків |
| Перетравлення та засвоєння поживних речовин у шлунково-кишковому тракті |
| Обмін живильних речовин (синтез та катаболізм) та його регуляція |
| Міжорганний транспорт поживних речовин |
| Органелло-, клітинний та тканинний метаболізм поживних речовин |
| Відкриття нових метаболічних шляхів та механізмів їх регуляції |
| Функції поживних речовин та фітохімікатів у зростанні, розмноженні та здоров’ї |
| Передача сигналу та захист клітини від окисного стресу |
| Проліферація, диференціація та апоптоз клітин |
| Експресія генів у відповідь на поживні речовини та інші дієтичні фактори |
| Зростання, розвиток та здоров’я плоду та постнатального періоду |
| Дієтична профілактика та втручання хвороби |
| Білкові профілі та характеристики клітин, тканин та фізіологічних рідин |
| Біомаркери та індивідуальні потреби в поживних речовинах |