Proteinerna kan med rätta kallas livets byggstenar. De är centrala för alla celler och organ och varje sekund katalyserar de miljontals livsnödvändiga kemiska reaktioner i kroppen.
Samtidigt har nästan alla sjukdomar med proteiner att göra i något avseende; det kan handla om att de produceras i otillräcklig eller olämplig omfattning eller inte fungerar som de ska. Den absoluta majoriteten av dagens läkemedel har också proteiner ? oftast cellytereceptorer eller enzymer ? som angreppspunkt.
Något alla vill syssla med
Kartläggning och analys av proteinuppsättningar i definierade biologiska system, till exempel i ett organ som blodet eller levern hos människa eller någon annan art, är kärnan i det som brukar kallas proteomik. Begreppet har dock fått en ännu bredare användning, och sedan kartläggningen av det humana genomet blev färdig har proteomik exploderat som ?buzzword? inom den medicinska grundforskningen och används flitigt i anslagsansökningar och projektbeskrivningar.
? Allt är proteomik just nu och alla vill syssla med det. Ursprungligen menade man det som tidigare kallades proteinanalys, men idag har ordet nästan blivit synonymt med molekylärbiologi överhuvudtaget, säger Hans Jörnvall, professor vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik på Karolinska institutet.
Han gillar ändå uttrycket.
? Det betonar funktionen, det vill säga proteinerna, och är trots allt lätt att förstå.
? Proteomik har samtidigt blivit ett begrepp som många försöker styra så att det passar just deras syfte, säger György Marko-Varga, adjungerad professor och forskare inom proteomik på Astrazeneca i Lund.
Enligt den amerikanska vetenskapsakademin (NAS) är definitionen mycket bred; ?insatser som syftar till att etablera identitet, kvantitet, struktur samt biokemiska och cellulära funktioner hos alla proteiner i en organism, organ eller organell, samt hur dessa egenskaper varierar i tid, rymd och fysiologiskt tillstånd?.
Uttrycksprofiler
Proteomiken kan användas för att identifiera nyckelproteiner som kan bli måltavlor för läkemedel, men har utöver det stor potential genom hela spektrumet av läkemedelsutvecklingen ? även efter godkännandet. György Marko-Varga försöker exempelvis just nu, genom analyser av patientprov från Astrazenecas jättelika fas III-studie på lungcancerläkemedlet gefitinib (Iressa), identifiera proteinuttryck som kan relateras till positivt svar på behandlingen.
Ett övergripande syfte med proteomikforskningen är just att kunna korrelera specifika proteinuttrycksprofiler, ?fingeravtryck?, till definierade sjukdomar eller läkemedelssvar. På så sätt hoppas man kunna öka sjukdomsförståelsen och förbättra möjligheterna att intervenera farmakologiskt.
Proteomiken har också en viktig roll i utvecklingen av kliniska biomarkörer (se artikel på nästa uppslag), inte minst inom läkemedelsindustrin. Nivåer av specifika markörproteiner används allt oftare som mått på sjukdomsstatus i läkemedelsprövningar och i klinisk praxis.
Tiotals miljoner proteiner
Antalet mänskliga gener är fortfarande inte slutgiltigt fastslaget. I skrivande stund antas slutsiffran hamna omkring 35 000 ? betydligt färre än vad de flesta ursprungligen trodde. Antalet proteiner är dock betydligt fler; Hans Jörnvall gissar på att det finns minst 100 000 grundformer. Det beror på att många gener används för att tillverka flera, liknande proteiner. Dessutom sker mycket ofta posttranslationella modifieringar, nya byggstenar som kopplas till proteinets grundform, och protolytiska reaktioner som leder till nya proteinformer.
? Inkluderar man alla dessa finns det säkert tiotals miljoner distinkta proteinstrukturer hos människan, säger György Marko-Varga.
Vissa former existerar bara transient, det vill säga under vissa, ofta väldigt korta tidsperioder. Andra finns bara i extremt små mängder.
? Vi upptäcker successivt fler proteiner i takt med att detektionsmöjligheterna förbättras, säger Hans Jörnvall.
Skillnaderna i förekomst av olika proteiner är enorma; koncentrationerna i kroppen kan variera med i storleksordningen tio tiopotenser, med plasmaproteinet albumin som ett av de allra vanligaste.
Idag finns detaljerade kunskaper om funktioner för i storleksordningen tio procent av våra proteiner, sett till grundformerna. För återstoden av det humana proteomet finns begränsade kunskaper om drygt hälften av proteinerna.
Teknisk och biologisk utmaning
Forskningen strävar i stor utsträckning efter att hitta och analysera de former som finns i små mängder eller transient eftersom det ofta är dessa som har nyckelfunktioner i biologiska processer. Aktiviteten drivs till stor del av teknikutvecklingen som går mot en allt större miniatyrisering; den etablerade metoden där proteiner separeras på tvådimensionella geler ersätts successivt av förfinade metoder.
En sådan, baserad på pelarseparationer, har uppsalaföretaget Biacore framgångsrikt utvecklat. En annan, än så länge mer experimentell metod utnyttjar elektriska fält i kapillärer. Metoden kallas Electrocapture och har utvecklats av Hans Jörnvalls forskargrupp.
Masspektrometrin (MS) har också blivit allt känsligare och snabbare och används i stor utsträckning för proteinanalyser. Nobelpriset i kemi gick 2002 till tre forskare som bidragit till denna utveckling.
? För att komma riktigt långt och åstadkomma upplösning på molekylär nivå lär vi dock behöva nya sofistikerade, biofysiska metoder för spektralanalys, säger Hans Jörnvall.
? Men det är viktigt att understryka att proteomiken inte bara är en teknisk utmaning. Den biologiska komplexiteten sätter i lika hög grad gränserna för fältet idag, säger György Marko-Varga.
Känsligheten ett dilemma
Inom genforskningen finns möjligheten att duplicera arvsmassa i stora mängder via den så kallade PCR-teknologin, men någon motsvarande teknologi finns inte på proteinsidan. György Marko-Varga beskriver detta dilemma som att det är ?svårt att komma till?.
? Vi brottas hela tiden med känslighetsproblemet. Att använda mer biologiskt material är den enda utvägen, och det är inte alltid det lättaste att få tillgång till, säger han.