Biologia cardiaca-Credito immagine: Proteomics/Shutterstock.com-
Medicalxpress: in questa intervista condotta al Pittcon 2024, abbiamo parlato con il Professor John Yates dello Scripps Research Institute della cattura dell’eterogeneità cellula-cellula dei cardiomiociti tramite proteomica shotgun top-down.
Medicalxpress: potresti presentarti e descrivere brevemente l’obiettivo principale della tua ricerca e cosa ti ha spinto a iniziare il tuo lavoro sulla proteomica?
John Yates: mi chiamo John Yates e lavoro allo Scripps Research Institute. Per 40 anni, la mia ricerca si è concentrata sull’analisi delle proteine tramite spettroscopia di massa. Al College ero laureato in zoologia e amavo la biologia. Attraverso questi studi, ho sviluppato un interesse per il sequenziamento delle proteine.
Un gruppo del mio College ha utilizzato la spettrometria di massa per sequenziare le proteine e ho pensato che fosse un’area di ricerca molto entusiasmante. I computer erano una novità e piuttosto rari a quei tempi, quindi era interessante che ci fosse un computer sullo spettrometro di massa. Questa esperienza e l’esposizione al campo mi hanno ispirato a basare la mia ricerca sull’utilizzo della spettrometria di massa per sequenziare le proteine.
Medicalxpress: la tua ricerca sottolinea l’importanza di comprendere l’eterogeneità cellula-cellula. Come hai inizialmente identificato questa come un’area di studio cruciale nel contesto della salute e della malattia?
John Yates: per aiutarci a comprendere l’eterogeneità tra cellule, dovremmo comprendere che le cellule sono diverse, in particolare se le si guarda nel contesto di un tessuto funzionante. Una cellula può essere considerata un sistema; pertanto, i tessuti sono solo un sistema di sistemi.
L’obiettivo di base è comprendere le cellule e le loro differenze, anche quelle dello stesso tipo. Queste differenze spesso sorgono come reazione ai loro ambienti locali.
L‘evoluzione naturale dall’acquisizione di questa conoscenza di base è esplorarla nel contesto della salute e della malattia. La facilità di studiare diversi aspetti della biologia è aumentata da quando le tecniche per eseguire la proteomica sono diventate più potenti. Le indagini in questo campo si sono rapidamente spostate dalle cellule ai tessuti agli organismi interi.
Medicalxpress: puoi spiegare meglio l’importanza dell’eterogeneità tra cellule nella comprensione delle funzioni biologiche e dei meccanismi delle malattie?
John Yates: l’effetto delle mutazioni proteiche può variare notevolmente: in un tipo di cellula, una mutazione può essere devastante, mentre in un’altra proteina, la stessa mutazione può essere passeggera, senza influenzare la biologia o la funzione della cellula.
Un esempio di mutazioni proteiche che hanno un effetto devastante è la SLA, la malattia di Lou Gehrig. Le mutazioni che si verificano nella proteina superossido dismutasi distruggono i motoneuroni e le persone iniziano a perdere la funzione muscolare.
Medicalxpress: quali sono le sfide e i potenziali progressi nell’applicazione della proteomica top-down all’analisi delle singole cellule?
John Yates: la proteomica si concentra principalmente sulla digestione delle proteine in peptidi per l’analisi. Questo approccio è guidato dal fatto che le tecnologie di analisi dei peptidi sono più mature e affidabili rispetto a quelle per le proteine intere.
Le proteine pongono sfide maggiori a causa della loro chimica varia e spesso estrema. Ad esempio, le proteine di membrana sono varie, altamente idrofobiche e notoriamente difficili da gestire, così come proteine come le mucine, che hanno alti livelli di glicosilazione.
Trattare proteine intatte crea numerose difficoltà, amplificando la complessità dell’analisi. Di conseguenza, la proteomica top-down, che si concentra sullo studio delle proteine intatte, è in ritardo rispetto alla proteomica bottom-up nella sua capacità di affrontare questioni biologiche cruciali.
Nonostante questi svantaggi, ci sono anche dei vantaggi associati all’uso della proteomica top-down. Ad esempio, l’uso della proteomica top-down è ciò che ha spinto il settore a essere in grado di analizzare le proteoforme.
Le proteoforme sono proteine che vengono modificate in modo diverso rispetto allo stesso gene. Il gene può essere splicing per creare proteine con differenze, tra cui variazioni di dimensione. Queste proteine vengono modificate a seconda della loro particolare funzione.
La proteomica top-down è la migliore forma di analisi per indagini multiple. Definisce la funzione di una proteina e comprende come la funzione può essere modificata in base alle varie modifiche o modelli di modifiche a una proteina.
Medicalxpress: quali sono i principali vantaggi dell’impiego di un dispositivo CellenONE e di EThcD rispetto ai metodi tradizionali nel vostro approccio basato sulla proteomica shotgun top-down?
John Yates: CellenONE è un nuovo dispositivo molto efficace nell’isolare le cellule. Non ne ho uno nel mio laboratorio, ma collaboro con un gruppo che ne ha uno e hanno capito come isolare con successo i cardiomiociti.
Il feed video associato al dispositivo CellenONE può essere utilizzato per osservare i cardiomiociti. Si è scoperto che continuano a pulsare mentre attraversano il sistema, il che suggerisce che i cardiomiociti sopravvivono al processo analitico.
CellenONE ha rivoluzionato il settore scoprendo un nuovo modo per isolare le cellule utilizzando la citometria a flusso.
Medicalxpress: quali sono state le maggiori sfide tecniche che avete dovuto affrontare nello sviluppo di questo metodo per l’analisi delle singole cellule cardiomiocitarie?
John Yates: come accade con molti metodi analitici, non tutti i problemi sono stati ancora risolti. L’analisi del meccanismo contrattile dei cardiomiociti ha posto una sfida significativa, poiché le proteine responsabili della loro contrazione non sono molto solubili.
Pertanto, i ricercatori devono trovare un modo per rendere queste proteine sufficientemente solubili da poter passare attraverso lo spettrometro di massa e ottenere un’analisi accurata.
Medicalxpress: il tuo studio ha identificato un alto grado di eterogeneità proteoformale tra singole cellule cardiomiocitarie. In che modo questa scoperta altera la nostra comprensione della biologia cardiaca?
John Yates: si tratta di un approccio innovativo; pertanto, non abbiamo ancora raccolto informazioni sufficienti per modificare la nostra comprensione della biologia cardiaca. Tuttavia, siamo sulla buona strada per farlo. Andando avanti, uno dei nostri obiettivi principali è capire se esiste una differenza biologica tra cardiomiociti di diverse dimensioni. Le dimensioni dei cardiomiociti possono variare da 40 a 100 micron e queste differenze possono cambiare la funzione e la posizione nel ventricolo cardiaco.
Medicalxpress: lei menziona la scoperta di numerose modifiche post-traduzionali come la crotonilazione e la fosforilazione. Potrebbe raccontarci di più su questa scoperta e quali implicazioni hanno queste scoperte per la futura ricerca o terapia cardiaca?
John Yates: la cosa importante da trarre da queste scoperte è che ora possiamo misurare queste modifiche post-traduzionali. Tuttavia, è ancora troppo presto per comprendere le implicazioni per la ricerca e le terapie cardiache. Ora che queste osservazioni sono state riconosciute nei cuori normali, possiamo iniziare a studiare i cuori malati per comprendere come i modelli di fosforilazione possano cambiare in funzione della malattia.
Di conseguenza, probabilmente da questi confronti inizieremo a comprendere le implicazioni delle modifiche post-traduzionali.
Sono stati condotti studi anche su cellule bulk. Attraverso questa analisi, è stato osservato che i cambiamenti nei modelli di fosforilazione potrebbero essere una funzione dell’insufficienza cardiaca. Gli sforzi per comprendere cosa guida questi cambiamenti potrebbero aiutarci nella ricerca di nuove terapie.
Medicalxpress: quali sono i prossimi passi della tua ricerca? Ci sono aree o applicazioni specifiche nell’analisi del proteoma dei cardiomiociti che sei particolarmente entusiasta di esplorare?
John Yates: un obiettivo importante per il futuro di questo campo è ottenere l’accesso e analizzare proteine di dimensioni maggiori all’interno dei cardiomiociti. Ciò sarà ottenuto attraverso continui miglioramenti dei metodi analitici utilizzati. Parallelamente, ci si concentrerà sull’acquisizione di informazioni più affidabili in merito a dove si trovano le modifiche in ciascuna proteina, migliorando il processo di frammentazione delle proteine.
Nel complesso, l’obiettivo è quello di analizzare in modo più dettagliato tutte le proteine presenti nei cardiomiociti, mentre attualmente l’analisi è stata condotta solo su una frazione di proteine.
Medicalxpress: mentre celebriamo il 75 ° anniversario della Pittcon, potresti condividere il tuo primo ricordo o la tua prima esperienza di partecipazione a questa conferenza e come ha influenzato la tua visione della comunità scientifica?
Tornando indietro di 30 anni, camminare lungo la sala espositiva è stata un’esperienza incredibile. La Conferenza era enorme, con 30.000 persone e molto di entusiasmo. Molti dei venditori organizzavano eventi speciali in occasione della Conferenza. Pertanto, la mia esperienza complessiva è stata super interessante ed entusiasmante.
Alla mia prima Pittcon, facevo parte del comitato editoriale consultivo della rivista Analytical Chemistry.
Informazioni su John Yates
John R. Yates è Ernest W. Hahn Professor presso i dipartimenti di medicina molecolare e neurobiologia dello Scripps Research Institute. Ha conseguito una laurea in zoologia e un master in chimica presso l’Università del Maine a Orono. Ha conseguito il dottorato di ricerca in Chimica presso l’Università della Virginia nel laboratorio di Donald F. Hunt, con una tesi intitolata “Protein Sequencing by Tandem Mass Spectrometry”. Ha svolto ricerche post-dottorato nel laboratorio di Leroy E. Hood presso il California Institute of Technology. Presso l’Università di Washington, ha ottenuto il grado di Professore associato a tempo indeterminato prima di trasferirsi allo Scripps Research Institute di LaJolla, CA. I suoi interessi di ricerca includono lo sviluppo di metodi integrati per l’analisi di spettrometria di massa tandem di miscele proteiche, bioinformatica utilizzando dati di spettrometria di massa e studi biologici che coinvolgono la proteomica. È l’inventore principale del software SEQUEST per la correlazione dei dati di spettrometria di massa tandem con sequenze nel database e sviluppatore della tecnica di proteomica shotgun per l’analisi di miscele proteiche. Il suo laboratorio ha sviluppato l’uso di tecniche proteomiche per analizzare complessi proteici, modifiche post-traduzionali, organelli e analisi quantitativa dell’espressione proteica per la scoperta di nuova biologia. Molti approcci proteomici sviluppati da Yates sono diventati una risorsa nazionale e internazionale per molti ricercatori nella comunità scientifica. Ha ricevuto il premio di ricerca dell’American Society for Mass Spectrometry, il premio Pehr Edman in Protein Chemistry, la medaglia Biemann dell’American Society for Mass Spectrometry, l’HUPO Distinguished Achievement Award in Proteomics, l’Herbert Sober Award dall’ASBMB e il Christian Anfinsen Award dalla Protein Society, il premio ACS’s Analytical Chemistry del 2015, il premio Ralph N. Adams Award in Bioanalytical Chemistry del 2015, la medaglia Thomson del 2018 dall’International Mass Spectrometry Society, il premio John B. Fenn Distinguished Contribution to Mass Spectrometry del 2019 dall’ASMS, l’HUPO Award in Discovery del 2019 e il Pittsburgh Society Award in Analytical Chemistry del 2024. È stato classificato da Citation Impact, Science Watch come uno dei 100 migliori chimici del decennio 2000-2010. È stato il n. 1 nella lista dei più influenti in chimica analitica compilata da The Analytical Scientist il 30/10/2013 ed è nella lista dei ricercatori biomedici più influenti, 1996-2011 (European J. Clinical Investigation 2013, 43, 1339-1365) e nella lista Clarivate degli scienziati altamente citati nel 2015 e 2019-2023. Ha pubblicato oltre 1000 articoli scientifici con >173.000 citazioni e un indice H di 205 (Google Scholar). Il dott. Yates è stato Associate Editor presso Analytical Chemistry per 15 anni e attualmente è caporedattore del Journal of Proteome Research.
Informazioni su Pittcon
Pittcon è la più grande conferenza e mostra annuale di primo piano al mondo sulla scienza di laboratorio. Pittcon attrae più di 16.000 partecipanti provenienti dall’industria, dal mondo accademico e dal governo da oltre 90 paesi in tutto il mondo.
La loro missione è quella di sponsorizzare e sostenere attività educative e benefiche per il progresso e il beneficio delle attività scientifiche.
Il pubblico di riferimento di Pittcon non è costituito solo dai “chimici analitici”, ma da tutti gli scienziati di laboratorio, ovvero chiunque identifichi, quantifichi, analizzi o testi le proprietà chimiche o biologiche di composti o molecole, o che gestisca questi scienziati di laboratorio.
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Dopo essere cresciuta oltre le sue origini nella chimica analitica e nella spettroscopia, Pittcon si è evoluta in un evento che ora si rivolge anche a un pubblico eterogeneo che comprende scienze della vita, scoperta farmaceutica e controllo qualità, sicurezza alimentare, ambiente, bioterrorismo e cannabis/sostanze psichedeliche.
Fonte: Medicalxpress