$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
גישות פרוטאומיקה יכולות לכלול זיהוי וכימות של הפפטידים, החלבונים והשינויים הספציפיים לאחר התרגום (PTMs) הקיימים במצב תאי מסוים, כמו גם החלבונים המתאחדים באברונים ספציפיים או קומפלקסים של חלבונים מקרומולקולריים. פרוטאומיקה היא תחום מגוון שניתן לחלק לתהליכי עבודה כלליים וכמותיים. פרוטאומיקה כמותית מתמקדת בקביעת כמות החלבון או החלבון PTM בדגימה. יש לשקול את השאלה הביולוגית לפני ביצוע כל ניסוי פרוטאומיקה על מנת לקבוע את שיטת הכנת הדגימה, הריצוף וניתוח הנתונים המתאימה ביותר הדרושה כדי לענות על השאלה. חלבונים הם דינמיים מאוד וספקטרומטרי מסה רגישים לריצוף חלבונים בשפע גבוה יותר על פני PTMs בשפע נמוך יותר; לכן, הבחירה בתהליכי עבודה של הכנת דוגמאות ורצף היא קריטית. אוסף שיטות זה מתאר גישות לכימות סוגים מסוימים של חלבונים באמצעות שיטות MS מתקדמות ומספק זרימת עבודה לניתוח נתונים עבור רשתות חלבונים.
פפטידומיקה היא חקר פפטידים הנוצרים באופן טבעי במהלך תהליכים תאיים רגילים כמו גם בתנאי מחלה, וגישה זו הוגבלה היסטורית לכימות מבוסס נוגדנים עד שכרומטוגרפיה נוזלית שילבה ספקטרומטריית מסה ותהליכי מיצוי פפטידים התקדמו למצבם הנוכחי1. התקדמות זו, יחד עם היישום של השבתת חום של פרוטאזות אנדוגניות, מאפשרות כעת זיהוי וכימות של מאות פפטידים תוך-תאיים. ב-Correa et al.2, המחברים מתארים זרימת עבודה של הכנת דגימות, הכוללת השבתת חום, מיצוי פפטידים בתנאים מתונים לשימור קשרי פפטיד, וכימות יחסי באמצעות תיוג איזוטופים יציבים של אמינים. המחברים פיתחו גישה זולה שיכולה לאפשר זיהוי וכימות של פפטידים מקומיים ופעילים ביולוגית מתרבית תאים ודגימות רקמה. גישה זו יכולה לשמש לגילוי סמנים ביולוגיים של פפטידים ספציפיים למחלה, פפטידים אנטי-מיקרוביאליים או מטרות לפיתוח טיפולי עתידי.
התקדמות בגישות ספקטרומטריות מסה וביואינפורמטיקה מאפשרות כיום אפיון מפורט של פרוטאומים ממקורות מגוונים של חומר ביולוגי3. פענוח המשמעות הביולוגית מדפוסי הביטוי הפרוטאומיים בדגימות מורכבות אלה נותר אתגר משמעותי בתחום. כדי להתמודד עם אתגר זה, ונדרוול ועמיתיו מציגים את JUMPn, תוכנית ביולוגיה מערכתית וזרימת העבודה הקשורה אליה המארגנת נתונים פרוטאומיים למודולים (כלומר, קומפלקסים של חלבונים) המחברים אשכולות ביטוי משותף של חלבונים עם צמתי רשת אינטראקציה חלבון-חלבון (PPI) קשורים4. המחברים מעריכים את היעילות של כלי זה באמצעות מערכי נתונים פרוטאומיים קיימים כמו גם נתונים מדומים ומראים את התועלת שלו להקלה על פרשנות ביולוגית של מערכי נתונים מורכבים של פרוטאום. התוצאות שלהם מראות כי ניתן להשתמש בגישה זו כדי למדוד את גורם השעתוק והפעלת מפל הקינאז, להדגים את התועלת שלה לזיהוי גורמים למחלות אנושיות, ולמחקרים אחרים המנסים לקבוע מנגנונים ביולוגיים מנתוני פרוטאום עמוקים.
פירופוספטים אינוזיטול (PP-InsPs) נמצאים בכל התאים האיקריוטיים שם הם מתפקדים כמולקולות איתות מטבוליות ומווסתים תהליכים מגוונים5. מבחינה היסטורית, בשל התכונות הפיזיקליות והשפע הנמוך של PP-InsPs, הניתוח הוגבל לשימוש בעוקבים רדיואקטיביים, שהם יקרים ודורשים טיפול ואחסון מיוחדים. כחלופה, Qiu et al. פיתחו פרוטוקול המאפשר כימות מוחלט בתפוקה גבוהה של פירופוספטים אינוזיטול מתרבית תאים או מחומר מקור רקמה על ידי ספקטרומטריית מסה של יינון אלקטרוספריי אלקטרוספריי (CE-ESI-MS)6. בדוח שלהם, הם מראים כיצד ניתן להשתמש בגישה זו כדי לאפיין את כל ה-PP-InsPs הקיימים בדגימה, לפתור מינים ולזהות רגיואיזומרים על מנת לזהות שינויים מרחביים וזמניים בתנאים ומצבי מחלה מגוונים.
חלק גדול מהתהליכים התאיים נשלטים באמצעות זרחון חלבונים ושגיאות במסלולי איתות אלה קשורות למצבי מחלה רבים ושונים7. עם זאת, עדיין קיימים פערים משמעותיים בהבנת המנגנונים השלמים המווסתים חלבונים פוספטאזים וקינאזות בסוגי תאים שונים ובתנאים שונים. כדי להתמודד עם פערי ההבנה הללו, סמולן ועמיתיו מציגים זרימת עבודה חדשה המשתמשת בחרוזי מעכבי פוספטאז בשילוב עם ספקטרומטריית מסה (PIB-MS)8. באמצעות מעכב פוספופרוטאין פוספטאז לא סלקטיבי, מיקרוציסטין-LR, חרוזי טוספרוז בצימוד, המחברים מסוגלים להעשיר את חלבוני המטרה הללו. בנוסף, על ידי שימוש בתנאי שטיפה קלים להסרת מכילים לא ספציפיים, הם הצליחו גם ללכוד אינטראקציות חלבון. הם מראים כיצד ניתן להשתמש בגישה זו כדי לזהות ולכמת פוספופרוטאין פוספטאזים, מצב הזרחן שלהם ואינטראקציות חלבון-חלבון פוטנציאליות הן בתרבית התאים והן ברקמה.
ההתקדמות בשיטות הכנת הדגימות, כגון אסטרטגיות לכימות פפטידים אנדוגניים, העשרת פוספטאזות וקינאזות, אינטראקציות חלבון ואינוזיטול פירופוספטים, מרחיבה את בסיס הידע לדינמיקה של חלבונים בתהליכים ביולוגיים. ההתקדמות של ספקטרומטרי מסה כגון רכישה בלתי תלויה בנתונים בניגוד לרכישה תלויה בנתונים מאפשרת עומק גדול יותר של יכולת ריצוף לזהות פפטידים באופן כזה שהפפטידים השופעים יותר אינם מסווים פפטידים בשפע נמוך יותר במהלך איסוף הנתונים, מה שמאפשר לזהות סוגים אחרים של חלבונים. ספקטרומטר המסה timsTOF יעזור להניע את העתיד קדימה על ידי שילוב ניידות היונים בנוסף לכרומטוגרפיה נוזלית כהפרדה נוספת של פפטידים כדי לאפשר ריצוף עמוק עוד יותר וסיכוי גדול יותר לזהות פפטידים מאסטרטגיות הכנת הדגימה המתוארות באוסף זה. תחום הפרוטאומיקה ימשיך להתקדם בהתבסס על מתודולוגיות חדשות להכנת דגימות, התקדמות בספקטרומטרי מסה לרכישת נתונים וכלי ניתוח ביואינפורמטיקה, כגון JUMPn, להבנת המורכבויות והתפקוד הביולוגיים.