پروتئومیکس و چالشهای مطالعه پروتئینها

در سال 1994 برای اولین بار لفظ پروتئوم با اقتباس از کلمه ژنوم توسط مارک ویلکینز ابداع شد. اگرچه پیش از این نیز مطالعه بر روی پروتیئن ها تحت  عنوان بیوشیمی پروتئین ها انجام می شد اما پروتئومیکس  مطرح کننده نوع خاصی از مطالعه بر روی پروتئینها بود که  در آن به طور وسیعتری جنبه های گوناگون بیولوژی پروتئینها مورد مطالعه  واقع می شد. علاوه بر این پروتئومیکس بیشتر  برپایه کشف پروتئینها بود تا برپایه فرضیه ها.  لفظ پروتئوم با اقتباس از کلمه ژنوم و به معنای محتوای پروتئبنی سلول است . در حالی که محتوای ژنی سلول ( ژنوم ) بطور چشمگیری در طول نسلهای مختلف ثابت باقی مانده و در تمام سلولهای  یک موجود پرسلولی ( به جز در موارد استثنایی ) یکسان است ، محتوای پروتئینی سلولها  در شرایط فیزیولوژیک مختلف و با توجه به نقش هر سلول در بافت می تواند متفاوت باشد .

بطور کلی باید گفت  که پروتئوم با محیط پیرامون سلول در ارتباط و تعامل  است . به همین دلیل هم بررسی پروتئوم به مراتب از  بررسیهای ژنومی مشکل تر  به نظر می رسد . اگر مشکلات تکنیکی بررسی پروتئوم را هم به این موضوع اضافه  کنیم خواهیم دریافت که راه طولانی برای تکمیل پروژه های پروتئومی در پیش است. این  در حالیست که پروژه های ژنومی  موجودات مختلف ( از جمله انسان ) یکی پس از دیگری در حال تکمیل شدن هستند .

بررسیهای پروتئومیکس دانشمندان را  قادر ساخته تا صفحه های جدیدی از مطالعاتی چون کشف هدف های مولکولی برای داروها و بررسی مسیرهای  بیولوژیک و مکانیسم های مولکولی بیماریها را پیش ببرند . اگرچه تعدادی از پروتئینهای درون سلولی یا درون مایعات بیولوژیک  با غلظت کافی  برای شناسایی با روشهای معمول تولید می شوند اما تعداد زیادی از انواع پروتئینها نیز آنقدر کم تولید می شوند که شناسایی آنها سخت و گاها غیرممکن می نماید . علاوه بر تولید اندک پروتئینها، عواملی چون  حساس بودن بعضی از مولکولها ، تجزیه توسط پروتئازها ، از دست رفتن پروتئین به هنگام تهیه نمونه ، پوشانده شدن پروتئينهاي كم مقدار توسط پروتئينهاي پر مقدار و نهایتا نداشتن حساسیت کافی روش شناسایی از عواملی هستند که تاکنون از شناسایی کامل محتوای پروتئینی سلولها جلوگیری کرده اند .

از آنجا که پروتئین ها مولکولهای کارآمد سلول در واکنشهای گوناگون حیاتی بوده و حتی اثرات تغییر  ژنی هم باید نهایتا تبدیل به تغییر پروتئینی شود تا بتواند  مثمر ثمر باشد  بنابراین بررسی پروتئوم سلولی از اهمیت بالایی برخوردار است . مهمترین خصیصه پروتئوم ، همانطور که گفته شد ، تناسب آن با شرایط محیطی است . بنابراین اگر سلول   را در شرایط انتخابی و کنترل شده ای قرار دهیم می توانیم از تغییرات پروتئومی آن  به نتایج مفیدی برسیم . برای مثال تغییرات پروتئومی سلول در پاسخ به یک دارو  می تواند به پرسش های زیادی درباره مکانیسم اثر دارو ، سیگنال های سلولی ، ژنهای فعال  شونده و غيره  پاسخ  دهد .

در یک سلول زنده  و در شرایط محیطی ثابت تنها ممکن است تعداد محدودی از ژنها فعال باشند . این موضوع  مخصوصاً  در یوکاریوتها که بخش اعظم ژنوم آنها را توالیهای تکراری تشکیل می دهند بارز است . بنابراین یافتن تعاملات ژنی با محیط پیرامون که موضوع ژنومیک عملی (Functional genomics )است می تواند عملکرد هر ژن را توضیح دهد . در ژنومیک عملی معمولاً از محصولات بیان ژنی (Gene expression  ) که همان mRNA و نهایتاً پروتئین است استفاده می کنند . امروزه مطالعه محتوای mRNA سلولی ( Transcriptomics)  با دردست داشتن تکنیک های مانند RT-PCR و میکروآرایه ها بسیار تسهیل شده است . با اینحال نتیجه این مطالعات نمی تواند تفسیر قطعی در مورد محتوای پروتئینی سلول را بدهد . چراکه بسیاری از پروتئینی  ها پس از ترجمه تغییرات زیادی را تحت عنوان تغییرات  پس از ترجمه (Post Translational Modifications, PTMs)  پیدا می کنند و این تغییرات می تواند سبب ایجاد مولکولهای پروتئینی با فعالیت های متفاوت از آنچه که تنها با در نظر گرفتن توالی mRNA می شود گردد. اگر تغییرات mRNA را پیش از تبدیل شدن به پروتئین (طی مرحله Splicing) را نیز به این موضوع اضافه کنیم در خواهیم  یافت که امکان تولید چندین  شکل متفاوت پروتئینی از هر ژن وجود دارد.

مطالعه ژنوم سلولی و mRNA اطلاعات زیادی را درباره بیان ژنهای مختلف و میزان بیان آنها می دهند، اما اینگونه مطالعات  قادر به ارائه اطلاعات  درباره جایگاه دقیق عمل پروتئینها ، تغییرات  ساختاری آنها پس از بیان و میزان بازگشت به چرخه ( Turn over)  و میانکنش آنها با یکدیگر و دیگر مولکولها  نیستند. در مطالعات پروتئومیکس دسترسی به اطلاعات فوق امکانپذیر می گردد.

در عین حال در مطالعات پروتئومیکس این چالش هنوز باقی است که چگونه می توان پروتئینهای بیان شده در میزان بسیار کم را مورد بررسی قرار داد. از سوی دیگر برخلاف مولکولهای DNA وRNA  ، مولکولهای پروتئینی از نظر ساختار مولکولی تفاوت بسیار زیادی با یکدیگر دارند . همین تفاوتها سبب می شود تا  نتوان روش واحدی را برای جداسازی آنها از یکدیگر و از ترکیبات سلولی اعمال نمود .

با توجه به محدودیت های ذکر شده در پروتئومیکس ، امروزه بیشترین تلاشها در این زمینه عبارتند از

1- بهبود روشهای تهیه و آماده سازی نمونه پروتئینی

2- معرفی روشی که بتواند تمام  انواع پروتئینها را تاحد مطلوبی از یکدیگر جداسازی نماید .

3- روشی که بتواند با حساسیت بالا و تکرارپذیری بالا پروتئینها را شناسایی نماید .

بنابراین با درنظر گرفتن مشکلات موجود در مطالعات  پروتئومیکس ، محققین پروتئومیکس باید از بینش وسیع در جهت انتخاب روش آماده سازی نمونه ، روش جداسازی  پروتئینها و روش شناسایی پروتئین برخوردار باشند . واضح است که در این  مسیر آگاهی داشتن به خصوصیات مواد ، نقاط  ضعف و قوت هر تکنیک و داشتن خلاقیت برای ایجاد تغییرات لازم در هر روش  می تواند نقش بسیار مهمی در رسیدن به نتایج موفقیت آمیز در پروتئومیکس داشته باشد .