Krešimir Pavelić

Sandra Kraljević Pavelić

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia

htt p://hrcak.srce.hr/medicinamedicina 2009, Vol. 45, No. 3, p. 208-210208Razvoj novih metoda i tehnologija konti nuirano se odražavao i na razvoju te-meljnih, a posebno primijenjenih istraživanja. Naročito je to bilo prisutno u području znanosti  o životu, poglavito u temeljnim medicinskim znanosti ma. Prisjeti mo se samo utjecaja metoda stanične biologije, biokemije i moleku-larne geneti ke na razumijevanje fi zioloških procesa i patoloških zbivanja u organizmu. Ipak, sve su te metode bile ograničene tzv. redukcionisti čkim pri-stupom, tj. ograničenim ishodom istraživanja. Usavršavanje metode sekven-cioniranja nukleinskih kiselina dalo je, međuti m, nasluti ti  kvalitati vni pomak od redukcionisti čkog k sveobuhvatnijem pristupu izučavanja određenih sta-nja u organizmu. Uslijedio je razvoj transkriptomike, tj. sustavne analize ak-ti vnosti  svih gena u organizmu, a potom i proteomike – sustavne analize ek-spresije proteina pod specifi čnim uvjeti ma, uključujući njihovu separaciju, identi fi kaciju i karakterizaciju. Proteomika je, naime, interdisciplinarna znanost koja povezuje biologiju, kemiju i računarstvo, a njezina je važnost ti m veća što se bavi proučavanjem proteina – nositelja svih bioloških funkcija organizma koji su odgovorni za stanične procese poput, primjerice, proizvodnje energije ili pak transporta tvari. Skup svih proteina i proteinskih oblika koje organizam proizvodi ti jekom ži-vota naziva se proteom, stoga zadatak proteomike nije nimalo lak, a sastoji se u praćenju statusa proteoma s obzirom na vrstu stanice ili vrstu tkiva, bolesno ili zdravo stanje ili pak ti jekom različiti h faza razvoja organizma. Ta-kođer, proteom je podložan neprestanim promjenama kroz interakcije s ge-nomom i vanjskim čimbenicima. Pretpostavlja se kako se čitav proteom čo-vjeka sastoji od više milijuna vrsta proteina, iako je približan broj gena procijenjen na oko 30.000. Tomu su razlog različite modifi kacije samih tran-skripata RNA, ali i kemijske modifi kacije već proizvedenih proteina (primje-rice dodavanje kemijske grupe šećera ili fosfatne skupine). Upravo su takve poslijetranslacijske modifi kacije odgovorne za promjenu statusa akti vacije proteina ili za promjenu funkcije danog proteina u stanici. Razvojem globalnih metoda analize rađa se i nova kovanica s nastavkom –omika1 koja mijenja postojeće znanstvene paradigme. Ovaj termin objedi-njuje skupinu metoda za analizu i karakterizaciju svih ili većine članova pri-padnika određene obitelji molekula u jednom jedinom eksperimentalnom Novo doba molekularne medicine: dometi  proteomikeNew age of molecular medicine: what can be acchieved through proteomicsSandra Kraljević Pavelić, Krešimir PavelićUvodnik / Editorialmedicina 2009, Vol. 45, No. 3, p. 208-210 209htt p://hrcak.srce.hr/medicinaS. Kraljević Pavelić, K. Pavelić: Novo doba molekularne medicine: dometi  proteomikekoraku. Na pomolu je stoga konceptualna pro-mjena u molekularnoj znanosti  o životu – otklon od redukcionisti čkog prema integriranom pogle-du na život. U tom pristupu ključna riječ je kom-pleksnost; snaga ovakvog globalnog pristupa, nai-me, leži u sposobnosti  dobivanja složene slike ekspresijskog profi la stanice. Upravo taj novi kon-cept, čiji je značajan dio proteomika, treba privuči pažnju medicinske javnosti , a naročito kliničara, jer pruža nesagledive mogućnosti  rane dijagnosti -ke, dizajniranja nove generacije pametnih lijekova te poimanja molekularne pozadine bolesti , stoga treba pozdraviti  inicijati vu glavnog urednika časo-pisa Medicina da se ovoj problemati ci pristupi kroz tematski broj, uključujući prikaze implemen-tacije proteomike i masene spektrometrije u me-dicinska istraživanja. U Hrvatskoj postoji snažna jezgra stručnjaka koji se bave ovim problemom, poglavito na Insti tutu “Ruđer Bošković” u Zagrebu, a odnedavno i na Odjelu za biotehnologiju Sveučilišta u Rijeci, gdje se formira svjetski releventna skupina za područ-je spektrometrije masa. Osobito je to važno s ob-zirom na činjenicu da su prvi opipljivi klinički re-zultati  primjene proteomike doista vrlo uzbudljivi i obećavajući2. Proteomika je izuzetno važna nadopuna tran-skriptomike, s obzirom na to da sekvence DNA/RNA same po sebi nisu dovoljne za jasnu identi fi -kaciju jer su proteini (a ne DNA ili RNA) isti nski nositelji bioloških funkcija, te, primjerice, pred-stavljaju empirijske mete za lijekove. Ova složena tehnologija objedinjuje niz metoda3 s ciljem razdvajanja proteinskih smjesa i otkrivanja prote-omskog ekspresijskog profi la (dvodimenzionalna poliakrilamidna elektroforeza, tekućinska kroma-tografi ja), potom s ciljem kvalitati vne i kvanti taiv-ne analize ekspresijskog proteomskog profi la (pri-mjenom digitalnih kamera i računalnih programa posebne namjene), identi fi kacije i karakterizacije proteina (mikrosekvencioniranje, masena spek-trometrija), pohrane podataka (baza podataka), komunikacije i međusobne veze proteina i se-kvence DNA te, naposljetku, informacije o mapi-ranju (bioinformati ka). Moć ekspresijske genomike i transkriptomike leži u simultanoj (paralelnoj) procjeni ekspresije gena u ogromnom broju uzoraka te pri raznovrsnim uvjeti ma. Njima se omogućuje dobivanje uvida u transkripcijsko/translacijsko ponašanje visokog stupnja organizacije. Ovakav je pristup ključan za dobivanje informacija o kompleksnosti  sustava. Naime, čini se da su upravo sveobuhvatne infor-macije o ekspresijskom profi lu nekog sustava zna-čajnije od ponašanja bilo kojeg pojedinačnog ge-neti čkog elementa.Nadalje, velika su očekivanja od primjene pristu-pa -omika u dijagnosti ci. Pritom su važna tri ele-menta: uspoređivanje, otkrivanje i predviđanje. Kad je riječ o uspoređivanju, primjenom -omike želimo odgovoriti  na pitanje razlikuje li se ekspre-sijski profi l između pojedinih skupina (klasa) i koji su geni/proteini različito eksprimirani između ti h klasa; primjerice, razlika u ekspresijskom profi lu između histoloških podti pova tumora, ili identi fi -ciranje proteina čija je razina poremećena izlaga-njem stanica djelovanju novog eksperimentalnog lijeka. Kad je riječ o otkrivanju, želimo ustanoviti  podskupinu gena/proteina u određenom uzorku s obzirom na ekspresijski obrazac. Primjer pred-stavlja otkriće nepoznate podvrste limfoma na temelju ekspresijskog profi la pojedinih skupina gena4. Naposljetku, želi se predvidjeti  fenoti p uz korištenje informacija dobivenih analizom ekspre-sijskog profi la: koji će se bolesnik suočiti  s teškim simptomima nakon uzimanja određenog lijeka, a koji neće imati  nikakvih problema; ili se pak želi saznati  koja će bolesnica s tumorom dojke i “ne-gati vnim” limfnim čvorovima doživjeti  relaps unu-tar dvije godine nakon dijagnoze, a koja neće imati  problema. Prednost ovakvog pristupa je u tome što testovi više nisu ograničeni na individu-alne gene ili protein, već rješavaju ekspresijski profi l sveukupnih gena i proteina u danim fi zio-loškim i patološkim uvjeti ma.Odgovori na pitanja poput onih je li moguće ot-kriti  sklonost raku (ili sklonost drugim bolesti ma) iz seruma ili saznati  koje će osobe i kako reagirati  na određeni lijek, kakav će biti  ishod bolesti  i lije-čenja itd., čine se sve bliži. Neki od ciljeva funkci-onalne genomike i proteomike već se ostvaruju u kliničkoj praksi. To su, prije svega, poboljšanje znanja o molekularnoj osnovi bolesti 5, otkrivanje znatno osjetljivijih biomarkera (biljega) za pro-gnozu i liječenje te predviđanje osjetljivosti  na li-jekove6.medicina 2009, Vol. 45, No. 3, p. 208-210210 htt p://hrcak.srce.hr/medicinaS. Kraljević Pavelić, K. Pavelić: Novo doba molekularne medicine: dometi  proteomikeUz spoznaju o brojnim, prakti čaru teško razumlji-vim bazičnim istraživanjima o proteomici, istovre-meno se postavlja pitanje primjenjivosti  proteo-mike u biomedicini. U posljednjih je nekoliko godina objavljeno mnoštvo zanimljivih kliničko--znanstvenih studija o primjeni proteomike u kli-ničkoj praksi. Neka od ti h istraživanja čine solidnu osnovu za primjenu u medicinskoj svakodnevnici, a neka su već pridonijela implementaciji novih kliničkih dijagnosti čkih testova, poput otkrivanja metaboličkih bolesti  u novorođenčadi. Radi se o brzoj i relati vno jeft inoj analizi iz krvi ili urina no-vorođenčeta, koja predstavlja uhodanu kliničku praksu u više od 40 zemalja svijeta. Analiza omo-gućava prepoznavanje poremećaja metabolizma aminokiselina, poremećaja oksidacije masnih ki-selina te poremećaja organskih kiselina. Nadalje, hipoteza kako bi se patološke promjene unutar organa mogle odraziti  na proteomski profi l seru-ma, a s ti me bi se ujedno mogao koristi ti  serum kao izvor materijala za analizu, tj. rano otkrivanje bolesti , potvrđena je u jednoj od prvih objavlje-nih studija na tumorima jajnika7. Autori studije pretpostavili su da bi se patološke promjene unu-tar jajnika mogle odražavati  u proteomskom pro-fi lu seruma s ciljem razlikovanja neoplasti čkih jaj-nika od ostalih. Autori su razvili bioinformati čki sustav te načinili proteomsku analizu seruma uz pomoć masene spektrometrije. Iako iznenađujući i kontroverzni, rezultati  su pokazali da je prote-omski profi l omogućio identi fi kaciju svih 50 bole-snica koje imaju rak, uključujući i 18 bolesnica ko-jima je dijagnosti ciran stadij I. Od 66 ne-malignih uzoraka proteomski je profi l “prepoznao” čak njih 63. Osjetljivost metode bila je 100%, specifi čnost 95%, a poziti vna predikti vna vrijednost testa čak 94%. Ova je studija jasno pokazala kako će biti  moguće primijeniti  proteomske metode za otkri-vanje svih stadija tumora jajnika u visokorizičnoj populaciji te u općoj populaciji stanovništva. Na-kon ove studije objavljeno je mnoštvo sličnih ra-dova na drugim tumorima. Sva ta istraživanja, međuti m, čekaju svoju potvrdu velikih multi cen-tričnih kliničkih studija, no već se sada može reći kako će primjena tandemske spektrometrije masa u doglednoj budućnosti  potaći značajan iskorak u medicini, osobito u dijagnosti ci.Jasno je kako razvoj i implementacija metoda -omike u medicinskoj praksi predstavlja velik iza-zov pred nas. Uvjereni smo da će nakon njihove provjere i potvrde na velikim kliničkim istraživa-njima (od kojih su neka upravo u ti jeku u SAD-u i Europi), metode proteomike kao i metode ostalih -omika (glikomika, lipidomika, metabolomika, strukturna genomika itd.) postati  dio standardnog medicinskog rječnika u doglednoj budućnosti , stoga već sada treba uhvati ti  korak s nadolazećim promjenama i upoznati  fascinantno, iako pone-kad izuzetno složeno područje proteomike te ne-vjerojatne mogućnosti  koje ona pruža, kako u sa-moj medicini, tako i u razvoju lijekova. Neosporna je činjenica da kao akti vni subjekti (objekti ) medicine postgenomskog doba svjedo-čimo gotovo (r)evolucinarnom napretku. Željeli mi to ili ne, vrata -omika bit će uskoro širom otvo-rena, no pitanje je hoćemo li biti  spremni na iza-zove moderne potrage za zdravljem.Iako cjeloživotno učenje postaje jedini mogući odgovor na tehnološki i općeznanstveni izazov u medicini, ne treba zaboraviti  i vrlo važnu spozna-ju – čovjek nije samo skup molekula i stanica, i jedino holisti čki, sveobuhvatan pristup, pridonijet će da -omike stvarno zažive u medicinskoj praksi. LITERATURA 1. Kraljevic S, Stambrook PJ, Pavelic K. Accelerati ng drug discovery. EMBO rep 2004;5: 837-42. 2. Bošnjak H, Pavelic K, Kraljevic Pavelic S. Towards pre-venti ve medicine. High-throughput methods from mo-lecular biology are about to change daily clinical practi -ce. EMBO rep 2008;9:1056-60. 3. Fontana S, De Leo G, Sedic M, Kraljevic Pavelic S, Ales-sandro R. Proteomics in anti tumor research. DDT: tech-nologies 2006;3:441-9. 4. Busti n SA. ‘Lymphochips’ and cancer profi les. Mol Med Today 2000;6:218. 5. Kraljevic Pavelic S, Sedic M, Hock K, Vucinic S, Jurisic D, Gehrig P et al. An integrated proteomics approach for studying the molecular pathogenesis of Dupuytren’s di-sease, J Pathol 2008;217:524-33.  6. Kraljevic S, Sedic M, Scott  M, Gehrig P, Schlapbach R, Pavelic K. Casti ng light on molecular events underlying anti -cancer drug treatment: What can be seen from the proteomic point of view? Cancer Treat Rev 2006;32:619-29. 7. Petricoin EF, Ardekani AM, Hitt  BA, Levine PJ, Fusaro VA, Steinberg SM et al. Use of proteomic patt erns in serum to identi fy ovarian cancer. Lancet 2002;359:572-7.

New age of molecular medicine: what can be acchieved through proteomics

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia