I MPORTANZA DEGLI APPROCCI PROTEOMIC

La parola proteina viene dal greco “protos” e significa primo elemento. Le proteine sono elementi essenziali per la crescita e la riparazione, il buon funzionamento e la struttura di tutte le cellule viventi, infatti sono i costituenti fondamentali di tutte le cellule animali e vegetali. Le proteine sono tra i composti organici più complessi. Dal punto di vista chimico, una proteina è un polimero di residui amminoacidici, uniti mediante un legame peptidico, spesso in associazione con altre molecole e/o ioni metallici (in questo caso si parla di proteina coniugata). Inoltre le proteine hanno una organizzazione tridimensionale (struttura) molto complessa a cui è associata sempre una funzione biologica. La molecola proteica risulta costituita da atomi di carbonio, ossigeno, idrogeno e azoto; spesso contiene zolfo (presente negli amminoacidi metionina, cisteina e cistina) e, talvolta metalli come ferro, rame, zinco.

Il termine proteomica è stato coniato nel 1996 e per comprenderne l’evoluzione non si può prescindere da una piccola descrizione della “genomica”.

Nella genomica si cerca di studiare come il DNA di una cellula, sottoposta a determinati stimoli, possa esprimere i suoi geni in un contesto globale, non singolo. Quindi uno stimolo induce il DNA cellulare a rispondere a questo fattore esterno, e la sua espressione finale sono delle proteine che risponderanno a questa nuova situazione. Questo stimolo non induce un solo gene ad esprimersi, ma una serie di geni correlati a cascata a seconda dello stimolo apportato. La genomica studia questa funzione del DNA in maniera completa e complessa e la sequenza con cui il DNA risponde a questi stimoli è DNA - mRNA - proteine. L'mRNA

“LE LACUNE DELLA LETTERATURA SCIENTIFICA”

87 espresso dal DNA si traduce in proteine. Ma queste proteine, a volte, non sono subito espresse dal mRNA, ma si esprimono in maniera diversa ed a tempi diversi. Non c'è una stretta linearità tra gene e la sua proteina complementare, o "proteoma" di una cellula.

L’analisi delle sequenze genomiche ci permette di rispondere ad alcune questioni biologiche rilevanti. Una delle prime fasi dell’analisi è la comparazione della sequenza del genoma acquisita con quelle dei genomi noti e con le sequenze dei geni la cui funzione è stata determinata, fattori che definiscono la funzione dei geni e quali sono probabilmente essenziali per un dato organismo. Tali analisi comparative possono essere interessanti ad esempio, per ricercare geni che codificano enzimi necessari per il microrganismo per giustificare le proprie caratteristiche e fornire nuove conoscenze circa l’ecologia di un organismo. Per esempio, Helicobacter pylori codifica proteine che contengono il doppio della quantità in aminoacidi basici, come arginina e lisina, rispetto alle proteine tipiche di altri procarioti. Presumibilmente questo aiuterà le cellule di H. pylori a sopravvivere nell’ambiente acido dello stomaco.

Fino ad oggi sono stati sequenziati molti genomi microbici e le dimensioni dei genomi procariotici vanno da 0,58 Mb a 8,7 Mb. I genomi procariotici più piccoli hanno le dimensioni dei virus più grandi ed i genomi procariotici più grandi presentano un numero più elevato di geni rispetto ai microrganismi eucarioti. Il fine degli studi di genomica non è soltanto quello di stabilire il completamento genico di un organismo, ma anche quello di determinare quali geni sono espressi e la funzione delle loro molecole proteiche. Il completamento delle proteine all’interno di un organismo prende il nome di “proteoma”. Il termine “proteoma”

“LE LACUNE DELLA LETTERATURA SCIENTIFICA”

88 racchiude un significato dinamico, a differenza del concetto statico di “genoma”, poiché in corrispondenza di stimoli, interni od esterni alla cellula, i prodotti dell’espressione del genoma possono notevolmente variare; pertanto si può affermare che ad un genoma corrisponda una molteplicità di proteomi il cui limite superiore non è ancora definibile. E’ importante sottolineare che la regolazione dell’espressione genica rappresenta un continuo che si estende per almeno nove ordini di grandezza; ne consegue che una singola proteina in un proteoma può essere differentemente rappresentata da una ad un miliardo di volte.

Quindi la "proteomica" interviene in questo stadio, quando bisogna determinare quali, quante ed in che tempi le proteine si esprimono in relazione ad un determinato stimolo, ed è complementare alla genomica in quanto si focalizza sul prodotto del gene. E’ il desiderio di comprendere l'espressione totale delle proteine in seguito ad uno stimolo, a motivare il campo della "proteomica". Il campo della proteomica ha subito un salto in avanti anche grazie alla tecnologia ed alla ricerca applicata nello studio di tecniche o strumentazioni, che negli ultimi anni ha fatto si che si possano rilevare quantità di proteine dell'ordine di picogrammi così come riuscire a separare quantità di proteine dell'ordine di milligrammi. Il termine proteomica, quindi, non fa riferimento ad una specifica tecnica di rilevazione, ma si avvale di più tecniche, correlate le une alle altre, per comprendere il prodotto finale, la proteina. Un primo approccio alla proteomica è stato l’utilizzo dell’elettroforesi su gel di poliacrilammide bidimensionale al fine di separare, identificare e misurare tutte le proteine presenti in un campione di cellule.

“LE LACUNE DELLA LETTERATURA SCIENTIFICA”

89  valutare le variazioni dei livelli di espressione di alcune proteine in dipendenza di opportuni stimoli e/o di condizioni fisio- patologiche;

 stabilire le interazioni che le proteine assumono, in relazione ai suddetti stimoli e/o condizioni, con altre proteine da cui dipenderanno la crescita cellulare, la differenziazione, la morte programmata;

 identificare le proteine che interagiscono specificamente con ligandi naturali e di sintesi al fine di comprendere, ad esempio, i meccanismi di azione di farmaci o sostanze ad azione antimicrobica.

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