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Il dogma centrale (Un gene = Un enzima) DNA Trascrizione RNA Traduzione Proteina Il dogma centrale (Un gene = Un enzima) DNA Trascrizione RNA RNA Proteina Regolazione Proteina Proteina Proteoma Si definisce proteoma il complemento tempo- e cellulo- specifico del genoma. Proteome = Proteins encoded by the genome Il proteoma comprende tutte le proteine espresse nello stesso momento in una cellula allo stesso tempo, incluse tutte le isoforme e le modificazioni posttraduzionali. Mentre il genoma è costante per una data cellula ed identico per tutte le cellule di un organismo, e non cambia molto all’interno della specie, il proteoma è molto dinamico nel tempo e in risposta a fattori esterni, e differisce in maniera sostanziale tra i diversi tipi cellulari. Il genoma è costante, il proteoma no… PROTEOMA E PROTEOMICA L’approccio genomico non considera le possibili modificazioni post-traduzionali che tutte le proteine degli organismi superiori posseggono Proteoma • Ricerca proteine in un lisato cellulare o in estratto tissutale la cui • espressione differenziale è determinata da fattori come • 1. Processi patologici • 2. Delezioni o over-espressioni geniche • 3. Trattamenti farmacologici • 4. Stimolazioni chimiche e fisiche • 5. Rimozione di nutrienti o di ossigeno 40000 Geni 1 Milione di Proteine Perché identificare il pattern di espressione proteica ? • Non c’è correlazione tra quantità di mRNA e quantità di proteina (Gygi et al., 1999) • Il proteoma è un’istantanea del fenotipo a livello biochimico • Il proteoma tiene conto del processing delle proteine S.P.Gygi et al., Mol. Cell. Biol. 19, 1720 (1999) Homo sapiens:6.000.000 kbp E. coli: 4700 kbp Se tutto il DNA umano codificasse la sintesi di proteine, ci sarebbero 10 milioni di proteine, contro le 3000 note Geni (Esoni, introni, snRPs, RNA catalitico) Genoma Famiglie multigeniche Pseudogeni Fattori di regolazione Tandem repeats, sequenze palindromiche Multigenicità L’espressione di una singola proteina dipende da più geni • Fattori di trascrizione • Enhancers in trans • Sequenze di controllo • Cromatina • Metilazione del DNA • Proteine regolatrici • Modificazioni post-traduzionali • Chaperonine • Trasporto e secrezione • Degradazione Pleiotropia Un singolo gene influenza il destino di più proteine La trascrizione e la traduzione del gene avvengono attraverso il coinvolgimento di proteine che a loro volta influenzano la trascrizione e la traduzione di altri geni Variazioni somaclonali Variazioni indesiderate del genoma che vengono trasmesse alle generazioni successive •Instabilità genomica •Variazione dinamica del fenotipo Modificazioni post-traduzionali • • • • • • • • Acetilazione, metilazione Fosforilazione Glicosilazione (enzimatica) Glicazione (non enzimatica) Nitrazione/denitrazione Cleavage Protein splicing Tagging La Proteomica studia tutti i complementi proteici, i proteomi, che derivano dai vari tessuti o tipi cellulari. Al giorno d’oggi, la proteomica può essere divisa in proteomica classica e proteomica funzionale. Proteomica & Genomica Funzionale La Proteomica classica concentra il suo interesse sullo studio dei proteomi completi, mentre la proteomica funzionale studia gruppi più limitati di proteine. Le tre domande più importanti della proteomica sono: 1) Quali proteine sono presenti in una cellula o in un tessuto? 2) Con quali altre proteine interagisce la mia proteina di interesse (network)? 3) Come appare una particolare proteina (struttura)? SCOPO DELL’APPROCCIO PROTEOMICO • • • • • • • • • • • • • • Valutazione di marcatori diagnostici in fluidi corporei Studi di farmacologia quali identificazione e/o validazione di nuovi target proteici per trattamenti farmacologici e “ drug profiling” Studi di tossicità Glicosilazioni, fosforilazioni o processamenti proteici Analisi tissutali in situazioni patologiche Tools of proteomics Database Mass spectrometry Softwares Analytical protein-separation technology TECNOLOGIA LEGATA ALLA PROTEOMICA • Elettroforesi bidimensionale • Rilevazione degli “spot” proteici • Analisi di immagine • Excisione degli “spot” proteici • Digestione enzimatica • Spettrometria di massa • Bioinformatica
