- Genes, Genoma y Genómica. Conocimientos generales.
- RNAm, Transcriptoma y Transcriptómica. Conocimientos generales.
- Proteínas, Proteoma y Proteómica. Conocimientos Generales.
Material de apoyo para esta unidad será:
Libros:
a. Alberts B, Wilson JH, Hunt T (2008) Molecular biology of the cell. New York: Garland Science. xxxiii, 1601, 1690 p. p. Chapter 3. Clasificación Biblioteca Central UNAM QH581.2 M64 2008
b. Liebler DC (2002) Introduction to proteomics : tools for the new biology. Totowa, NJ: Humana Press. ix, 198 p. p. Chapters 1 and 2. Clasificación Biblioteca Central UNAM QP551L54 525661
c. Lehninger AL, Nelson DL, Cox MM (2008) Lehninger principles of biochemistry. New York: W.H. Freeman. Chapters 3, 4, 26, 27, 28 Clasificación Biblioteca Central UNAM QH345 L43
Revistas:
1. Pandey A MM (2000) Proteomics to study genes and genomes. Nature 405: 837-846.
2. Fields S (2001) Proteomics. Proteomics in genomeland. Science 291: 1221-1224.
3. The human genome. Science. 16 February 2001
4. Tyers M, Mann M. From genomics to proteomics. Nature. 2003 Mar
13;422(6928):193-7. http://www.nature.com/nature/journal/v422/n6928/full/nature01510.html
Genómica
El DNA es la molécula que porta la información genética y es conocido como la unidad de la herencia. Los genes se localizan a lo largo de los cromosomas y ocupan un lugar específico denominado locus. Existe un código genético, que es una relación entre una secuencia de DNA y la secuencia de la proteína correspondiente. El código genético representa los diferentes aminoácidos que conforman a las proteínas. La secuencia codificante del mensajero va del 5’ al 3’ y se lee en tripletes de nucleótidos llamados codones. Estos codones corresponden a la secuencia de aminoácidos de una proteína del C-terminal hasta el N-terminal. El código genético es universal y redundante. Tiene 64 codones, de los cuales 61 codifican para aminoácidos y 3 son señales de terminación. Por otro lado, un gen va a codificar para una proteína, sin embargo ahora se sabe que ese concepto es erróneo ya que un gen puede codificar para varias proteínas de acuerdo a las modificaciones post-transcripcionales como el splicing alternativo. Además hay proteínas que están codificadas por varios genes que están localizados incluso en diferentes cromosomas, tal es el caso de las inmunoglobulinas. La secuencia de nucleótidos del DNA pasará a otra secuencia de nucleótidos donde la Timina cambiará por Uracilo para formar al mRNA que se traducirá a una secuencia de aminoácidos para conformar a la proteína. Hay mutaciones que pueden cambiar la secuencia del DNA. Hay mutaciones por sustitución de bases, transiciones, tranversiones, de corrimiento y silenciosas. Se considera que un gen está formado por intrones y exones, los exones son regiones codificantes para proteínas y los intrones codifican para RNA’s pequeños. Los pseudogenes pueden proporcionar un recurso evolutivo y aún no tienen alguna función. El principal recurso por el cual evolucionan los genomas es por la duplicación de genes y su posterior divergencia. Con esto, se pueden generar genes nuevos y codificar para proteínas con funciones diferentes. El genoma varía en cantidad de acuerdo a la especie pero es erróneo considerar que entre más complejo sea un organismo, más complejo será su genoma. El parámetro que se usa para medir al genoma es en unidades de masa. Cuando se hacen comparaciones entre genomas de diferentes especies se da el “valor C” y se indica en picogramos. Un picogramo de DNA equivale a 978 mil bases. Si se sabe la cantidad de DNA se puede asumir un peso. El genoma es el total de información genética de un organismo y la genómica se va a encargar de estudiar toda esta información de forma integrativa. Las ciencias involucradas en el estudio del genoma son la biología molecular, bioquímica, bioinformática, estadística, matemáticas, física, entre otras. En el 2001 se obtuvo la secuencia del genoma humano por dos iniciativas. Sin embargo el tener secuenciado el genoma no sirvió de mucho en cuanto a determinar el riesgo de desarrollo de diferentes enfermedades, debido a que no se toman en cuenta todas las modificaciones que ocurren a lo largo de la expresión de un gen a proteína. Tener la información de los genomas nos sirve para hacer análisis de secuencias comparativas para estudiar regiones similares entre genomas, para el estudio de la evolución y para estudiar genes conservados entre varias especies. Lo que se busca es que con el paso del tiempo y con el desarrollo de nuevas tecnologías, la información que nos brinda la secuencia de los genomas sirva para el desarrollo de terapia génica.
Transcriptómica
A transcriptional map of the impact of endurance exercise training on skeletal muscle phenotype. J Appl Physiol. 2011 January; 110(1): 46–59.
doi: 10.1152/japplphysiol.00634.2010
The molecular pathways that are activated and contribute to physiological remodeling of skeletal muscle in response to endurance exercise have not been fully characterized. We previously reported that ∼800 gene transcripts are regulated following 6 wk of supervised endurance training in young sedentary males, referred to as the training-responsive transcriptome (TRT) (Timmons JA et al. J Appl Physiol108: 1487–1496, 2010). Here we utilized this database together with data on biological variation in muscle adaptation to aerobic endurance training in both humans and a novel out-bred rodent model to study the potential regulatory molecules that coordinate this complex network of genes. We identified three DNA sequences representing RUNX1, SOX9, and PAX3 transcription factor binding sites as overrepresented in the TRT. In turn, miRNA profiling indicated that several miRNAs targeting RUNX1, SOX9, and PAX3 were downregulated by endurance training. The TRT was then examined by contrasting subjects who demonstrated the least vs. the greatest improvement in aerobic capacity (low vs. high responders), and at least 100 of the 800 TRT genes were differentially regulated, thus suggesting regulation of these genes may be important for improving aerobic capacity. In high responders, proangiogenic and tissue developmental networks emerged as key candidates for coordinating tissue aerobic adaptation. Beyond RNA-level validation there were several DNA variants that associated with maximal aerobic capacity (
o2max) trainability in the HERITAGE Family Study but these did not pass conservative Bonferroni adjustment. In addition, in a rat model selected across 10 generations for high aerobic training responsiveness, we found that both the TRT and a homologous subset of the human high responder genes were regulated to a greater degree in high responder rodent skeletal muscle. This analysis provides a comprehensive map of the transcriptomic features important for aerobic exercise-induced improvements in maximal oxygen consumption.
doi: 10.1152/japplphysiol.00634.2010
The molecular pathways that are activated and contribute to physiological remodeling of skeletal muscle in response to endurance exercise have not been fully characterized. We previously reported that ∼800 gene transcripts are regulated following 6 wk of supervised endurance training in young sedentary males, referred to as the training-responsive transcriptome (TRT) (Timmons JA et al. J Appl Physiol108: 1487–1496, 2010). Here we utilized this database together with data on biological variation in muscle adaptation to aerobic endurance training in both humans and a novel out-bred rodent model to study the potential regulatory molecules that coordinate this complex network of genes. We identified three DNA sequences representing RUNX1, SOX9, and PAX3 transcription factor binding sites as overrepresented in the TRT. In turn, miRNA profiling indicated that several miRNAs targeting RUNX1, SOX9, and PAX3 were downregulated by endurance training. The TRT was then examined by contrasting subjects who demonstrated the least vs. the greatest improvement in aerobic capacity (low vs. high responders), and at least 100 of the 800 TRT genes were differentially regulated, thus suggesting regulation of these genes may be important for improving aerobic capacity. In high responders, proangiogenic and tissue developmental networks emerged as key candidates for coordinating tissue aerobic adaptation. Beyond RNA-level validation there were several DNA variants that associated with maximal aerobic capacity (
o2max) trainability in the HERITAGE Family Study but these did not pass conservative Bonferroni adjustment. In addition, in a rat model selected across 10 generations for high aerobic training responsiveness, we found that both the TRT and a homologous subset of the human high responder genes were regulated to a greater degree in high responder rodent skeletal muscle. This analysis provides a comprehensive map of the transcriptomic features important for aerobic exercise-induced improvements in maximal oxygen consumption.mRNA, transcriptoma y transcriptómica.
La clase inició con un comentario muy interesante acerca de los fraudes que existen en la ciencia, y la importancia de tener una bitácora, y en orden nuestros resultados experimentales. Por otra parte el Dr. Javier, comentó acerca de la navegación en la página del blog, las diferentes ligas que existen, para que nosotros aprovechemos al máximo el material que él nos proporcionó y que tenemos que consultar durante el curso.
La
transcripción es un proceso en el que la información genética del ADN pasa al RNAmensajero
(RNAm). Es el primer paso en la síntesis de proteínas. Esta nueva molécula
generada transporta la información desde el núcleo, donde está codificado en el
ADN, hasta el citoplasma, que es el lugar donde se encuentran los ribosomas.
El RNAm es una molécula monocatenaria,
está estructura le da mayor flexibilidad para la formación de estructuras que
le permiten ser una molécula catalítica, está característica lo hace ser
diferente al ADN.
EL RNA presenta un grupo OH-
en la posición 2, la cual hace que sea una molécula más reactiva, inestable y
susceptible a la degradación. En la molécula de RNA, la sustitución de una base
como la timina por el uracilo, hace que la molécula sea diferente, ya que entre
estas dos bases lo único que cambia es la presencia del grupo metilo en la
timina que hace que la molécula del ADN sea más estable. El Dr. Javier, comentó
que la presencia de los grupos metilo en las moléculas tienen la función de estabilizar
las estructuras, ya que los dobles enlaces y nitrógenos presentes en las
moléculas permite que los electrones, estén en resonancia y como consecuencia
existe inestabilidad de las misma, por lo tanto cuando se introduce un grupo metilo
en la molécula permite su estabilidad.
El proceso de la transcripción se
inicia partir de un complejo enzimático constituido por la RNA polimerasa más
factores generales de la transcripción que transforman a partir de una molécula
de DNA a una molécula de RNA. Existen tres clases principales de RNA. El mRNA
codifica la secuencia de aminoácidos de uno o más polipéptidos especificados
por un gen o por conjunto de genes. El RNA de transferencia (tRNA) lee la
información codificada en el mRNA y transfiere el aminoácido adecuado a la
cadena polipeptídica en crecimiento durante la síntesis de proteínas. Las
moléculas de RNA ribosómico (rRNA) forman parte de los ribosomas y otros ARNs
especializados tienen funciones reguladoras o catalíticas entre los que
encontramos a los micro RNAs, RNAs
pequeños nucleares, RNAs de interferencia. El conjunto de RNAs que se
expresan en una célula en un momentos dado se le denomina transcriptoma.
El proceso de la transcripción en
bacterias solo lo lleva a cabo una solo ARN polimerasa, mientras que las células
eucariotas existen tres ARN polimerasas las cuales cada una de ellas codifica
para diferentes RNAs. La RNA polimerasa 1 codifica para el rRNA, la polimeresa
2 codifica para el mRNA, y la polimerasa 3 codifica para tRNA , pequeños RNAs y
la subunidad pequeña 5s del rRNA. El proceso de la transcripción se da en 4
procesos: 1.-El reconocimiento del templado a partir de la RNA polimerasa a la
región promotora. 2.- Iniciación: Deben de existir la maquinaria
transcripcional (complejo cerrado), posteriormente la cadena de ADN se abre
(complejo abierto), se generan pequeños RNAs abortivos de 10-20 nucleótidos.
Los transcriptos de 5 nucleótidos son inestables lo que va a ocasionar cambios
conformacionales en estructura del complejo transcripcional (complejo activo). 3.-
Elongacion: la polimerasa se aleja del promotor para continuar la transcripción
del mRNA. 4.-El proceso de terminación se lleva a cabo mediante un proceso
dependiente e independiente el factor Rho.
La transcripción y traducción en bacterias
es simultánea, se necesita de la ARN polimerasa más la subunidad sigma para el
reconocimiento del promotor. La subunidad sigma 70 es la más abundante en bacterias.
La subunidad sigma 70 esta
encargada de la transcripción de mensajeros, que están involucrados en
housekiping.
En eucariontes, el proceso de la
transcripción es independiente de la traducción, existen más de 60 factores
transcripcionales, el RNA es editado, mediante un proceso de splicing dependiente
e independiente del spliciosoma.
Este proceso de la transcripción
esta finamente regulado en todos los niveles. Rafael comentó que los insulators,
que son regiones que están kilobases lejos de los sitios de inicio de la
transcripción, delimitan las zonas transcripcionales activas, de las que están
inactivas participando en la correcta organización de la cromatina. A sí mimo
la modificación de las histonas en sitios específicos, la metilación de la
lisina impiden la transcripción génica. Mientras que la acetilación de ciertas
lisinas favorece la interacción con dominios que ayudan a la desorganización de
los nucleosomas ocasionando accesibilidad al gen para llevar a cabo la
transcripción.
El Dr. Javier, agregó un
comentario acerca del poster de nature que Jenny presentó, http://www.nature.com/nrg/posters/remodelling/remodelling.pdf
señaló algunas características que presentan las moléculas como: acetilaciones,
fosforilaciones, dichas modificaciones van a conferir ciertas propiedades a las
moléculas y como consecuencia conocer su función. El análisis proteomico, es el
que nos proporciona la información de la función de la proteína, el identificar
una molécula con modificación postraducional o susceptible de presentar estas
modificaciones nos indica su funcionalidad. El Dr.Javier agregó que en la
actualidad ya no es importante reportar solo la purificación de una proteína,
debemos saber cual es su función. Surgió la pregunta ¿Cómo se sabe que una molécula
tiene que llegar al núcleo? esto lo
logra mediante secuencias señales presentes en la misma molécula que le van a
permitir establecerse en un sitio específico dentro de la célula.
En eucariontes a partir de un
transcripto primario pude tener varios exones e intrones, en el splicing hay
secuencias conservadas en las regiones intronicas que van a permitir el corte.
Este mecanismo de corte y empalme permite generar 2 ó más proteínas a partir de
un transcrito primario.
Algunas herramientas que se usan
en la transcriptómica son: análisis por hibridación, microarreglos de DNA, SAGE
en este último se utilizan las librerías
del mARN, se utilizan sondas específicas y esto permite el conocimiento de modificaciones
o cambios en la expresión de ciertos genes en ciertas enfermedades.
¿Para que nos sirve tener una
serie de elementos identificados por transcriptómica para identificar a los
genes y no la genómica? La ventaja sería conocer los posibles sitios de ser
modificados lo cual no es posible conocer a nivel de genómica. Joel comentó
acerca del Staphylococcus aureus, bacteria Gram (+) la cual utilizan el
transcriptoma de la bacteria para ver la expresión diferencial de genes en diferentes condiciones de crecimiento de
dicha bacteria así mismo en el proceso de infección.
¿Por qué es más fácil obtener un
transcriptoma que un genoma de un microrganismo dado? En un transcriptoma nos
enfocando en un momento específico de ese microrganismo, por lo cual podemos
tener muchos transcriptomas de ese microrganismo dependiendo de las condiciones
a las cuales se encuentre. ¿Cuales son los criterios para decidir si
necesitamos analizar un genoma o transcriptoma por cual se inclinaría y porque?
La discusión se generó comentando que depende de lo que necesitamos conocer y
de la pregunta que quiere contestar, si quieres utilizar proteínas conservadas,
te vas al banco de datos que proporcionan la información que te puede ayudar. El
transcriptoma va a permitir conocer la funcionalidad de la proteína.
El Dr. Javier mencionó que aún no
se tiene el genoma Taenia solium
publicado al cual se le ha invertido mucho tiempo y dinero, al parecer los
investigadores han comentado que al momento de curar las secuencias hay muchos pedazos
de genes que no cotejan. Al momento de alinear las secuencias de los
aminoácidos con las secuencias de lo que ya se conoce en las bases de datos, no
tienen el 20 % de homología.
El Dr. Javier nos presentó un artículo
del transcriptoma de Taenia pisiformis,
lo que los investigadores realizaron fue obtener las secuencias de los genomas
y compararon con lo que se conocen de otros transcriptomas de otros tres
microorganimos. Analizan el número de genes contra el tipo de regiones que
aparentemente codifican para un tipo de función. Cuando comparan las secuencias
génicas, encuentran una gran similitud Sin embargo cuando compararan los
transcriptomas al parecer existe una gran variabilidad en su transcriptoma.
Los estudios del transcriptoma
son actualmente utilizados para obtener los genes importantes expresados
durante un proceso celular determinado. Además se está utilizando para la
búsqueda de biomarcadores de enfermedades como cáncer, infertilidad y diabetes
entre otras.
Referencias:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2949280/pdf/nihms229948.pdf http://www.nature.com/nrg/posters/remodelling/remodelling.pdf http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1874939912000284
Lehninger
AL, Nelson DL, Cox MM (2008) Lehninger principles of biochemistry. New York:
W.H. Freeman. Chapters, 26. Shandilyan J. Roberts SG.
(2012) The transcription cycle in Eukaryotes: From productive initiation to RNA
polymerase II recycling. Biochim Biophys Acta. 1819 (5): 391-400
Transcriptomas.
En la clase también se discutió la figura de arriba correspondiente al artículo “A transcriptional map of the impact of endurance exercise training on skeletal muscle phenotype. J Appl Physiol. 2011 January; 110(1): 46–59”.
Tomando en cuenta que sólo se observó la figura, sin haber leído
el artículo, surgieron varios cuestionamientos a cerca de la utilidad de la
transcriptómica y cuál sería la información proporcionada por esta; surgieron
varios comentarios que a continuación se resumen:
·
Asumiendo
que los genes que aparecen en color más oscuro son los que están
sobre-expresados podría asumirse que en el espacio extracelular, en los dos
casos (high responders y low responders), no había diferencias en la expresión
de los diferentes genes.
·
En
el espacio de la membrana plasmática si había expresión diferencial de varios
genes (CD93, KCNB1, CAV1 y 2, ITGB1, ICAM2, etc.) en la high responders, lo
cual puede suponer que hubo la estimulación de algunos receptores a nivel
membranal, también se discutió que genes de CAV codifican para proteínas
relacionadas con la contracción muscular y otros cómo ICAM2 son genes que
codifican para moléculas de adhesión que están en las superficies celulares.
·
A
nivel citoplásmico solo había mayor expresión
en AKt3 y ARHGDIB, en High responders, sin embargo era de llamar la
atención que las vías de conexión
directa para llegar a estos genes, no correlacionaban con los genes que
se sobre-expresaban a nivel membranal.
Se mencionó también que el solo análisis del
transcriptoma tal vez no era suficiente y había que verificar la expresión de
las diferentes proteínas en los diferentes compartimientos celulares para
establecer alguna relación entre la sobre expresión de genes y la presencia de
la proteína, así como de su estado (activada o no activada)
Proteínas.
La síntesis de proteínas a partir de aminoácidos activados tiene lugar en la superficie de los ribosomas mediante tres fases principales; Fase de Iniciación. Incluye las reacciones que preceden a la formación del enlace peptídico entre los dos primeros aminoácidos de la proteína, requiere la unión del ribosoma con el ARNm, formando un complejo que contiene el primer aminoacil-tRNA de inicio. Este es un paso relativamente lento en la síntesis proteica y generalmente determina la tasa a la cual un ARNm es traducido.
Fase
de elongación que incluye todas las reacciones de síntesis del primer enlace
peptídico hasta la adición del último aminoácido. Los aminoácidos son añadidos
a la cadena uno a uno la vez; la adición de un aminoácido es el paso más rápido
en la síntesis de proteínas. Fase de terminación. Abarca los pasos necesarios
para liberar la cadena polipeptídica completa; al mismo tiempo, el ribosoma se
disocia de ARNm.
La
iniciación de la cadena polipeptídica empieza en el codón AUG, que codifica a
la N-formilmetionina, iniciadora en !os procariotas, y a la metionina
iniciadora en los eucariotas.
Los
tripletes UAA, UAG y UGA no codifican a ningún aminoácido, pero constituyen
señales de terminación de la cadena.
Los
aminoácidos (aa) constituyen las unidades fundamentales de las proteínas. El
átomo de carbono-α de los aminoácidos es asimétrico, excepto en la glicina, y
puede existir por lo tanto en dos formas estereoisómeras (D y L- aa); aunque en
las proteínas solamente se encuentran los estereoisómeros L. Se han propuesto
varios métodos para clasificar a los aa, el más significativo se funda en la
polaridad de los grupos R. Existen cuatro clases principales: 1) grupos R no
polares o hidrófobicos (alanina, leucina, isoleucina, valina, prolina,
fenilalanina, triptófano y metionina); 2) polares, pero sin carga (glicina,
serina, treonina, cisteína, tirosina, asparagina y glutamina); 3) grupos R con
carga positiva (arginina, lisina e histidina, y 4) grupos R cargados
negativamente (ácidos aspártico y glutámico). El enlace peptídico es el único
enlace covalente entre los aa sucesivos del esqueleto de las cadenas
polipeptídicas. Además de los veinte aminoácidos esenciales, se han
identificado otros que se encuentran en diferentes células y tejidos en forma
libre o combinada. Algunos aminoácidos no proteicos actúan como precursores importantes
o intermediarios en el metabolismo; así, la β-alanina es el precursor de la
vitamina ácido pantoténico; la homocisteína y la homoserina son intermediarios
en el metabolismo de los aminoácidos; la citrulina y la ornitina son intermediarios
en la síntesis de la arginina. Otros aminoácidos no proteicos actúan como agentes
químicos para la transmisión de los impulsos nerviosos, tal como ocurre con el
ácido γ-aminobutírico. Algunos aminoácidos no proteicos poseen la configuración
D, por ejemplo el ácido D-glutámico, hallado en cantidades sustanciales en las
paredes celulares de muchas bacterias (pág. 275), la D-alanina, hallada en las
larvas o pupas de algunos insectos y la D-serina, que se encuentra en los gusanos
de tierra. Existen en la actualidad más de 300 aa. Algunos han sido
sintetizados enzimáticamente utilizando como precursores algunos de los 20 aa
esenciales ya conocidos.
Las
proteínas desempeñan una gran diversidad de funciones: actúan como
catalizadores, como elementos estructurales, en los sistemas contráctiles, como
reserva de elementos nutritivos y como vehículos de transporte, y también
actúan como hormonas y como elementos de protección. En esta última categoría
se hallan las inmunoglobulinas o anticuerpos, formados por los vertebrados en
respuesta a los antígenos. Las proteínas se hallan constituidas por una o
varias cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales posee muchos restos
a-aminoácidos, unidos entre sí covalentemente por enlaces peptídicos. Todas las
proteínas, independientemente de la función que desempeñan o de la especie de
origen, están constituidas por un conjunto básico de 20 aminoácidos, ordenados
en diversas secuencias específicas
La
estructura primaria de una proteína es su secuencia de aa específica. La
estructura secundaria está constituida por la ordenación extendida o helicoidal
de las cadenas polipeptídicas a lo largo de un eje simple y prolongado como en
las proteínas fibrosas. La estructura terciaria se refiere al modo mediante el
cual las cadenas polipeptídicas se pliegan para formar proteínas globulares. En
las proteínas oligoméricas, que contienen dos o más cadenas polipeptídicas, el
término «estructura cuaternaria» se refiere a la manera con que las cadenas
individuales polipeptídicas se agrupan conjuntamente. En último término, la
secuencia aminoácida es la que determina la conformación tridimensional de las
moléculas de proteína.
Las proteínas tienen diferentes tiempos
de vida media, dependiendo de sus funciones. Existe una fuerte relación, entre
el tiempo de vida media de una proteína y la identidad de su aminoácido en la
posición N-terminal. Se ha observado en S.
cerevisae que cuando los aminoácidos Met, Ser, Thr, Ala, Val, Cys, Gly o
Pro, están presentes en el amino terminal pueden proteger a las proteínas de
sufrir un ataque proteolítico, prolongando de esta manera “la vida” de las
proteínas, mientras que la presencia de los restantes 12 aminoácidos en el
amino terminal “atraen” un ataque proteolítico. Desde el momento de su nacimiento en un ribosoma, hasta
su muerte por proteólisis selectiva, una proteína es acompañada de chaperonas y
otras moléculas, cuyo propósito es identificar aminoácidos o secuencias en forma
de masaje, para reparar, o eliminar proteínas. Por ejemplo. Proteínas mal plegadas
primero son inducidas a plegarse correctamente por moléculas chaperonas hsp70 o
hsp60; Si esto falla, son acoplados a la ubiquitina y así dirigidos para la
digestión en los proteosomas que son uno de los principales mecanismos de
degradación de proteínas.
Bibliografía
1. Lehninger
Albert L. (2003) Bioquímica. Las
Bases Moleculares de la Estructura y Función Celular. 2ª Edición. Nueva
York. Capítulos 3, 4 y 5.
2. Lewin,
Benjamin. (2004). Genes VIII. Pearson.
Prentice Hall. Chapter 6 Protein Synthesis.
3. Alberts B, Wilson JH, Hunt T (2008) Molecular biology of the cell. New York: Garland Science. Chapter 5 Protein Function.
La clase comenzó comentando artículos pasados, el de OMICS y el de “metas” (metagenómica, metatranscriptómica, metaproteómica y metametabolómica) resaltando la importancia de estudiar la biología de sistemas haciendo énfasis en los métodos de integración de la ciencia ya que no es suficiente estudiar a un solo nivel individual (genómico, transcriptómico, proteómico, etc.) ya que estos niveles están estrechamente relacionados y varían en función del tiempo en el que se estén estudiando, por ejemplo en el desarrollo de un parasito como la leishmania e incluso en el desarrollo de un humano o una proceso patológico, además de que también dependen de las condiciones en las que se estén evaluando debido a la gran cantidad de factores que pueden estar modificando las respuestas de estos como lo pueden ser el estrés hídrico. E incluso la complejidad es mayor cuando se toma en cuenta que cada nivel tiene sus propias modificaciones que no pueden estudiarse en el nivel inmediato inferior en inclusive algunos no se ven reflejados en su nivel inmediato superior.
3. Alberts B, Wilson JH, Hunt T (2008) Molecular biology of the cell. New York: Garland Science. Chapter 5 Protein Function.
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La clase comenzó comentando artículos pasados, el de OMICS y el de “metas” (metagenómica, metatranscriptómica, metaproteómica y metametabolómica) resaltando la importancia de estudiar la biología de sistemas haciendo énfasis en los métodos de integración de la ciencia ya que no es suficiente estudiar a un solo nivel individual (genómico, transcriptómico, proteómico, etc.) ya que estos niveles están estrechamente relacionados y varían en función del tiempo en el que se estén estudiando, por ejemplo en el desarrollo de un parasito como la leishmania e incluso en el desarrollo de un humano o una proceso patológico, además de que también dependen de las condiciones en las que se estén evaluando debido a la gran cantidad de factores que pueden estar modificando las respuestas de estos como lo pueden ser el estrés hídrico. E incluso la complejidad es mayor cuando se toma en cuenta que cada nivel tiene sus propias modificaciones que no pueden estudiarse en el nivel inmediato inferior en inclusive algunos no se ven reflejados en su nivel inmediato superior.
Por otro lado parte de las
limitantes de estudiar estos sistemas tan complejos son las limitantes tecnológicas
e inclusive económicas y aun cuando se cuenta con estos aparatos algunas de las
veces se encuentran subutilizados por n
cantidad de situaciones o existe poca accesibilidad.
En el artículo de la “metas”
un aspecto importante es el uso de este conocimiento, como en el estudio de la
microbiota en el suelo y otro ejemplo es en la ciencia forense, esto atrajo un
cuestionamiento ¿ Por qué utilizar las metas? . Una de las ventajas es estudiar
a varios organismos sin la necesidad de ser aislados, otro es que se pueden
estudiar aun sin saber el genoma
completo del organismo en estudio.
-Un ejemplo comentado en clase
fue que con metatranscriptómica se pudieron analizar muestras de polen de un
cadáver y se pudo llegar al descubrimiento del homicida.
Siguiendo con la presentación
el cuadro de entrada llamo la atención para el estudio de la proteómica
El siguiente cuadro fue el del
ciclo vital de las proteínas. Este empieza con la secuencia génica dentro del
DNA en el genoma del núcleo, pasa por la transcripción convirtiéndose en mRNA y
sale del núcleo para posteriormente traducirse por acción de los ribosomas en
una serie de aminoácidos que se traducen junto con un péptido señal que evita
su degradación después pasar por un proceso de maduración y de plegamiento
hasta convertirse en proteína, después puede tener modificaciones
postraduccionales, esto le puede dar forma activa o inactiva e incluso llevarla
a la ubiquitinación para su degradación, no obstante no solo por estos paso se
degrada sino que puede haber daños que lleven a una degradación prematura. Por
último después de la degradación los aminoácidos degradados se vuelven a ciclar
y entran de nuevo a la maquinaria celular.
Cabe resaltar que existen proteínas como las
inmunoglobulinas que llevan procesos distintos aun así este ciclo aunque muy
general ilustra de manera adecuada el ciclo de las proteínas.
Hay que resaltar que es de suma importancia el tipo
celular de la que proceden y el momento en el cual se está expresando dicha
proteína.
Una de las observaciones importantes en este tópico es
que existen muchas modificaciones postraduccionales como se ven en la figura 3
y hasta el momento se han reportado cerca de 200, además en una proteína puede
haber más de una modificación e incluso pueden ser reversibles dependiendo del
ciclo y el momento especifico.
Siguiendo con la presentación se pone de manifiesto la
problemática de la complejidad del estudio del proteoma ya que no todos los
genes están expresados en la célula y del 30% al 80% de los productos génicos
posibles se expresan, además de que un individuo da lugar a un genoma pero este a su vez puede originar varios
proteomas.
Un nuevo cuestionamiento surgió con el siguiente cuadro
que hacia una comparación entre el uso de la bioquímica y de la proteómico, en
esta temática la proteómico se presentaba como un reto analítico por tres
puntos cruciales:
1.
No es posible inducir
proteínas para aumentarlas
2.
Las proteínas no hibridan
secuencias complementarias
3.
Cada producto no arroja una solución
La siguiente diapositiva fue una introducción a las
herramientas que utiliza la proteómico:
-
Bases de datos
-
Espectrometría de masas
a)
Aproximaciones de masas
b)
Mide masas de péptidos
c)
Análisis de secuencias
-
Software de empalmación de
datos
-
Separación de Proteínas
(SDS-PAGE, 2DE, HPLC, Electrophoresis por capilaridad, etc.)
Estas herramientas se pueden usar en diversas
aplicaciones por ejemplo en extraer e identificar todas o la mayor cantidad de
proteínas posibles en un momento dado en condiciones especificas de nuestro
estudio, también se puede hacer mapeo de modificaciones proteicas y ver dónde y
cómo se modifican dichas estructuras, También se puede hacer mapeo de redes de
proteínas y saber cómo interactúan.
Por último la clase se termino comentando los artículos
de “Proteomics in Genomaland ” y “Proteomics to study genes and genomes” además
de diversos comentarios acerca de la sonda en Marte y de la calidad de los
artículos versus la cantidad de publicaciones así como una breve descripción de
las revistas de proteómica.
Comentarios a “Proteomics to study genes and
genomes” y de Fields “Proteomics in Genomeland”
genomes” y de Fields “Proteomics in Genomeland”
Inicialmente se definió a la
proteómica como la caracterización de proteínas basándose en análisis de geles
en 2D. Posteriormente, con el auge de las tecnologías de secuenciación masiva y
herramientas bioinformáticas (la era genómica) el concepto de proteómica ha
cambiado obedeciendo la cantidad de
preguntas que puede resolver, dada a diversificación de herramientas que se han
desarrollado (espectrometría de masas, ensayos de doble híbrido, marcaje de
proteínas etc.) . Entendiéndose ahora a la proteómica como “El análisis
funcional de los productos genéticos o
genética funcional incluyendo la identificación a gran escala de proteínas,
determinación de su localización, modificaciones postraduccionales, estudios de
interacción proteica y por supuesto funcionalidad biológica”. Con este respecto
se comentó que con el tiempo o inclusive el auge de cada tecnología las
exigencias para publicar datos van cambiando, si bien antes se podía publicar
la identificación de una proteína, hoy por hoy es necesario hacer análisis más
extensos para determinar su funcionalidad en procesos biológicos. En resumen, si bien los genomas y los análisis
de transcripción nos pueden dar pistas sobre que proteínas se están expresando
en un momento dado, se necesita de las herramientas proteómicas para completar
la otra parte del rompecabezas ¿En que parte de la célula esta(n) actuando el o
los productos de un gen? ¿Qué modificaciones están sufriendo y bajo que
condiciones? y ¿Con quién interactúan?.
Los análisis de
expresión proteica son esenciales en ciertos casos como (1) análisis de mutras
que no contienen mRNA (2) casos en los que la cantidad de mRNA no correlaciona
con la cantidad de proteína (3) casos en los que las modificaciones
postraduccionales son tanto o más críticos que la abundancia de proteína (4)
casos donde una visión general de las proteínas más abundantes en una fuente especializada es por si misma de
importancia (5) casos donde los geles en 2D llevan a una comprensión relativa
de un proteoma sencillo como el de un microorganismo. Todos en nuestros
proyectos, nos encontraremos tarde o temprano con varios o la mayoría de los
puntos mencionados. El campo de la investigación se está haciendo cohesivo y
con la finalidad de hacer análisis más completos es necesaria realizar una
investigación interdisciplinaria “Los genetistas necesitan hablar con lo
químicos, fisiólogos con físicos, biólogos celulares con
bioinformaticos…”
Fuentes.
1.-Pandey A MM (2000) Proteomics to study genes and genomes.
Nature 405: 837-846
2.-Fields S (2001) Proteomics. Proteomics in genomeland. Science 291: 1221-1224.
2.-Fields S (2001) Proteomics. Proteomics in genomeland. Science 291: 1221-1224.
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