Протеоміка знаходить правильні терапевтичні мішені

Резюме файлу

Після геноміки, ось систематичне вивчення білків. Це дозволяє виявити маркери захворювань та терапевтичні мішені.

У 1995 році, коли австралійський стипендіат Марк Вілкінс вперше заговорив про протеом (як про набір білків у клітині), він навіть не підозрював, що вводить абсолютно нову науку.
Однак протеоміка сьогодні вважається найбільш перспективним проектом біотехнології. І це, в той час, коли розшифровка геному людини майже завершена.

"Протеоміка представляє дослідження готового продукту експресії гена, а саме білка", пояснює Жером Гарін, директор лабораторії хімічної білкової хімії CEA в Греноблі.

Маркери захворювань
Ця дисципліна полягає у кількісному визначенні та ідентифікації всіх білків клітини в певному середовищі. Порівнюючи білки здорових та хворих зразків, ми можемо визначити, які з них є специфічними для тієї чи іншої патології. Потім ці білки стають маркерами хвороби, про яку йде мова, основою нових діагнозів. Але вони також є потенційними мішенями для майбутніх препаратів проти цієї патології.

Однією з перших біотехнологічних компаній, яка розробила концепцію протеоміки, була британська компанія Oxford GlycoSciences (див. I&T # 805). Спочатку у партнерстві з Оксфордським університетом: було виявлено близько п’ятдесяти специфічних ракових білків. Потім з найбільшими фармацевтичними групами.
У програмі з 1998 року: пошук білків, специфічних для хвороби Альцгеймера та атеросклерозу (з Pfizer), астми та інших легеневих захворювань (з Bayer), діабету (з Merck) та раку (з Incyte).

Зауважте, що OGS також розробляє протеоміку рослин. Його партнерство з Pioneer Hi-Bred (група Du Pont de Nemours) спрямоване на виявлення білків, пов’язаних із ростом сільськогосподарських культур, зокрема кукурудзи.

Визначте сотні білків на день
Протеоміка в основному базується на двох аналітичних техніках: двовимірному електрофорезі та мас-спектрометрії. Двовимірний гель-електрофорез відокремлює білки від суміші у розчині на основі їх електричного заряду та молекулярної маси. Нарешті, кожна пляма, візуалізована на гелі (за допомогою радіоактивного фарбування або мічення, флуоресцентна), містить інший білок. "Більше тисячі білків можуть бути проаналізовані за допомогою 2D гелю для електрофорезу", - зазначає Жером Гарін із CEA у Греноблі.

Після поділу білки ідентифікуються за допомогою мас-спектрометрії. Цей прийом серйозно прискорює завдання дослідників. Раніше вони ідентифікували один або два білки на день за допомогою хімічного секвенування (метод Едмана). Завдяки мас-спектрометру TOF від Maldi TOF (Matrix assisted laser desorption-Time of flight), вони можуть характеризувати кілька сотень на день.

Основними виробниками цього типу пристроїв є Perkin Elmer Biosystems (який створив дослідницький центр протеоміки в березні минулого року), Amersham Pharmacia Biotech, Bruker та Micromass.

Принцип: білок, ідентифікований у гелі для електрофорезу, під дією ферменту розрізається на пептиди. Спектрометр вимірює маси цих пептидів і дає "карту пептидів маси", яку досить порівняти з базою даних для ідентифікації білка. (Американська компанія Proteome пропонує в цьому контексті банки протеомів для людей, тварин та мікроорганізмів).

Метод є надчутливим, оскільки достатньо кількох пікомолей. Але це працює лише для вже перелічених білків. В іншому випадку дослідники вибирають тандемну мас-спектрометрію (МС/МС), яка забезпечує доступ до пептидних послідовностей і дозволяє відстежувати білок.

На даний момент компанії, що займаються контрольно-вимірювальними приладами, розробляють дедалі повніші рішення, присвячені протеоміці. Шведська Amersham Pharmacia Biotech пропонує систему Ettan, яка включає 2D-електрофорез і мас-спектрометрію TOF Мальді.

Зі свого боку, American Genomic Solutions доповнить свій пристрій Proteomic System Investigator (2D-електрофорез та подальша підготовка зразків) спектрометром Maldi TOF у співпраці з HD Technologies. Тоді як Bio-Rad (спеціаліст у галузі 2D-електрофорезу) та Micromass (виробник мас-спектрометрів) нещодавно об’єднали зусилля для створення системи ProteomeWorks.

Але ці методи вже показують свої межі. Зокрема, 2D-електрофорез, який погано відокремлює білки, які погано розчиняються у воді, такі як мембранні білки. Однак мембранні рецептори є дуже важливими терапевтичними мішенями.

Чіп захоплює білки
Звідси інтерес до білкових чіпсів, винайдених каліфорнійською компанією Ciphergen. Його ProteinChip відокремлює білки за спорідненістю: вони наносяться спеціально на хімічні поверхні (що визначаються іонічними, гідрофобними, гідрофільними областями тощо) або біохімічні (антитіла, рецептори, ДНК), закріплені на носії. Після промивання захоплені білки аналізують безпосередньо на чіпі за допомогою мас-спектрометрії.

На початку цього року Ciphergen оголосив про перші результати свого ProteinChip: ідентифікацію дванадцяти потенційних маркерів доброякісного захворювання передміхурової залози та шість маркерів раку цього органу. Мало відомий у Франції, ця техніка вже використовується, зокрема, в Aventis, BASF, Glaxo Wellcome, Merck, Novartis та біотехнологічних компаніях Medigene, Genentech, Amgen.

Інтерес, який не оминув Oxford GlycoSciences, яка зараз розробляє свій білковий чіп (за допомогою технологій Cambridge Antibody Technology та Packard Bioscience). І, хороша новина, схоже, що чіп ДНК Micam, розроблений CEA, був би цілком придатним для захоплення білків. Автор Мішель Ле Туллек

ІнструментиЯк відокремити та ідентифікувати білки

Експерт
ЯК РОЗРОБИТИ АНАЛІЗ ПРОТЕОМУ У ФРАНЦІЇ
Жером Гарін, директор лабораторії білкової хімії (CEA, Гренобль), координує робочу групу з питань протеоміки. Коли в 1999 році була створена робоча група "Аналіз протеомів" клубу біотехнологій "Крін", Жером Гарін, директор лабораторії хімічної білкової хімії CEA в Греноблі, зазначив, що Франція відстає в цій галузі.

Відтоді в рамках цієї групи державні дослідницькі лабораторії (CEA, CNRS, Inserm) з Гренобля, Лілля, Парижа та Страсбурга працюють разом з компаніями Pierre Fabre, Biomérieux, Rhône-Poulenc Rorer, Synthélabo, Transgène, Pharmacia, Hoechst Marion Roussel.

За словами Жерома Гарена, Франція має активи, які можуть дозволити їй змінити ситуацію. "Одне з обмежень протеоміки стосується білків, які погано розчиняються у воді, таких як мембранні білки", - пояснює він. Ці білки часто втрачаються під час 2D електрофорезу. Однак генополь Рона-Альпи має досвід у галузі гідрофобних білків, який він має намір застосувати для систематичного вивчення мембранних білків з декількох субклітинних компартментів.

Франція також займає передові позиції з питань біоінформатики. Проект об'єднує Inria (клітина Helix), компанію Génome Express та лабораторію хімічної білкової хімії CEA за допомогою програмного забезпечення під назвою PSTmap. Цей інструмент дасть можливість використовувати дуже великий обсяг інформації (послідовності, маси), отриману в результаті протеомічних досліджень, безпосередньо зіткнувши їх з геномними послідовностями.

СПЕЦІАЛЬНИЙ ПРОТЕОМІЧНИЙ ЕКСПЕРТНИЙ САЙТ
Швейцарський інститут біоінформатики в Женеві створив Expasy (Експертна система аналізу білка), сервер, присвячений протеоміці. Зацікавлена сторона може знайти там набір конкретних інструментів та послуг: бази даних, комп’ютерні системи, навчання, документацію. Не забуваючи посилання на інші європейські, японські та австралійські сайти на цю тему (www.expasy.ch/).