Educatie - Proteomics Gerardus Mulder, hoogleraar scheikunde en farmacie in Utrecht, heeft als eerste het begrip proteïne gepubliceerd in 1838. De Zweed Berzelius raadde hem dit nieuwe woord aan in een briefwisseling. Proteïne komt van het Griekse begrip prota, het belangrijkste. Lange tijd dacht men dat de erfelijke code wel in die belangrijke eiwitten moest zitten, totdat eenduidig werd vastgesteld dat DNA de erfelijke drager was en dat genen uit DNA bestonden. Dus DNA was het belangrijkste molecuul van het leven. Maar wat is het DNA-verschil tussen een rups en een vlinder?
Rups en vlinder hebben hetzelfde DNA, maar de rups kan echt niet vliegen. Met dit voorbeeld maken proteomics-experts duidelijk waarom hun vakgebied anders is dan genomics. De genen van een individu zijn als hij zich gezond voelt hetzelfde als wanneer hij zich ziek voelt. De eiwitten echter niet. De eiwitten vormen een dynamische eigenschap van een cel en van het lichaam. De eiwitten en hun hoeveelheid bepalen wie we zijn en hoe we ons voelen. Maar laten we genomics niet helemaal vergeten. Recent is bekend geworden dat ook het genoom dynamisch is. De “epigenetica” bestudeert sinds kort de effecten van het aan- en uitzetten van genen tijdens je leven door chemische veranderingen als methylering en acetylering. In de toekomst zullen veel geneesmiddel dit gaan beïnvloeden. Alle eiwitten die in onze cellen voorkomen vormen het proteoom, naar analogie met het genoom. We hebben waarschijnlijk iets meer dan 22.000 genen, maar zeker veel meer eiwitten. Er vind vertaling plaats van DNA naar pre-mRNA. Uit het pre-mRNA moeten dan nog stukken worden weggehaald omdat de mens complexe genen heeft, waar tussen de coderende exonen, ook niet-coderende intronen zitten. Bij het weghalen van die intronen uit het pre-mRNA zijn soms meerdere eindproducten mogelijk: alternatieve splitsing. Dit leidt bij translatie tot meerdere mogelijke eiwitproducten. Eiwitten worden opgebouwd uit twintig aminozuren, hoewel er in sommige organismen nog een paar andere aminozuren zijn gevonden. Als het eiwit dan is gesynthetiseerd aan het ribosoom gebeurt er nog van alles mee (post-translationele modificaties). Dat leidt tot nog meer mogelijke eiwitproducten, misschien wel een miljoen. Er kunnen stukken worden afgeknipt, uitgeknipt, aangeplakt, en op veel plaatsen worden suikers, acetaten, fosfaten, vetten enzovoort aangekoppeld, meestal door enzymen. Onze eiwitten leiden een onnavolgbaar avontuurlijk leven. Sommigen worden erg oud en andere leven maar zeer kort. Bij het ouder worden kunnen sommige aminozuren zelfs spontaan overgaan in andere (deamidering van glutamine en asparagine tot glutamaat en aspartaat). Genomics analyse gaat nu erg snel omdat de techniek van het meten eenvoudig is. Een streng nucleotiden bindt goed aan een streng complementaire nucleotiden (hybridisatie), en ook heel weinig DNA kan met PCR eenvoudig worden vermeerderd. Eiwitmeting is erg moeilijk en vermeerdering is nog niet mogelijk.
Pas met de recente vooruitgang van de massaspectrometrie, is proteomics mogelijk geworden. Eiwitten worden in een massaspectrometer in geladen stukken gebroken en uit de gevonden massa van de stukken kan de sequentie/identiteit worden herleid. Eiwitten kunnen ook worden geknipt tot kleinere peptides, waarvan de massa wordt bepaald met een techniek die peptide fingerprinting heet (zie de figuur hierboven van Drs Krijgsveld en Slijper, Universiteit Utrecht). Hiervoor is het wel belangrijk dat er databases zijn met de massa’s van alle bekende eiwitten en vooral met de massa van alle peptide-stukjes die hier uit kunnen ontstaan (www.expasy.ch). Dit lijkt eenvoudig, maar het voorkomen van veranderde aminozuren door post-translationele modificaties maakt het toch weer moeilijk. Bovendien is het nodig om de eiwitten vooraf van elkaar te scheiden (vaak met gel-electroforese) en de minder vaak voorkomende eiwitten moeten verrijkt worden, door slimme trucjes, om niet ondergesneeuwd te raken door eiwitten die duizenden malen meer voorkomen.
Proteomics experimenten worden meestal gedaan voor en na een verandering of stimulus. De verandering kan ziekte zijn of het toedienen van een geneesmiddel. Daarna moeten de verkregen resultaten met elkaar vergeleken worden. Dit is net als het kijken naar een sterrenhemel op twee verschillende avonden en bepalen welke ster nu opeens nieuw is of weg lijkt te zijn. “Zoek de verschillen” is een bekend kinderspel, waarbij er enkele verschillen in twee tekeningen waren gemaakt. Bij proteomics gaat het niet alleen om nieuwe en verdwenen sterren, maar ook om hun helderheid te meten. De helderheid geeft aan of een eiwit meer of minder tot expressie is gekomen door de verandering/stimulus. Die vergelijking gebeurt uiteindelijk met computerprogramma’s. Hierboven staat een voorbeeld van www.expasy.ch. Ook omvat proteomics het analyseren van de interactie tussen al die duizenden eiwitten met elkaar. Uit onderstaande figuur (van Gavin et al., Nature 415 (2002) 141-147) blijkt al snel hoe moeilijk en complex dit is. Er gebeurt veel in een cel.
We zullen nooit in staat zijn om bij iedereen het dynamische proteoom te meten; dan moet je in 70 biljoen cellen bij 6 miljard mensen de expressie van deze eiwitten kunnen meten. Omdat eiwitmeting zo moeilijk is, is het logisch dat ondertussen het meten van ons genoom gewoon doorgaat. Binnen een paar jaar kun je voor minder dan 1000 euro je genoom laten bepalen en in tegenstelling tot je proteoom, hoeft dat maar 1 keer in je leven. Op het moment dat je overlijdt houdt je waarschijnlijk geruime tijd hetzelfde proteoom, maar toch word je dood verklaard. Dus het geheim van het leven zit elders; er zullen nog wel meer …omics technologieën aankomen, zolang de belangrijkste omics het voor het zeggen heeft: de economics. Lees verder …
©2008-EEM |
Op deze Educatie pagina's vindt u informatie die specifiek is bedoeld voor leerlingen van het voortgezet onderwijs.
|