Proteomica come piattaforma di indagine dalle molteplici potenzialità applicative

Abstract

La proteomica, rappresenta lo studio sistematico delle molteplici e differenti proprietà delle proteine, utilizzando una varietà di approcci che sinergicamente hanno lo scopo di permettere una descrizione dettagliata della struttura, della funzione e dei meccanismi di controllo dei sistemi biologici. Il progredire delle metodiche scientifiche e delle tecnologie nelle ultime decadi, ha catalizzato un’estensione degli scopi connessi agli studi in campo biologico spostando l’attenzione dalle riduttive analisi biochimiche a carico delle singole proteine ad un esame attento ed approfondito esteso all’intero proteoma. La proteomica, nasce come naturale evoluzione della chimica delle proteine che rappresentava uno dei capisaldi nello studio della biologia durante gli anni ottanta. La proteomica ed altre metodologie di indagine complementari (genomica, microarray, metabolomica), costituiscono i componenti essenziali di una nuova ed emergente tipologia di studio che viene oggigiorno indicata con il termine “systems biology”. In quest’ottica, la “systems biology” si interessa di studiare un determinato sistema biologico attraverso delle analisi sistematiche e quantitative di tutte le componenti che concorrono alla definizione dello stesso sistema preso in esame. Questo approccio, mira alla descrizione estensiva di un sistema biologico attraverso l’integrazione di dati di tipo differente, con lo scopo, in futuro, di poter giungere a realizzare delle simulazioni computazionali che mimino il comportamento dei sistemi biologici più complessi. Questo lavoro di tesi nasce quindi come viaggio personale del candidato alla scoperta del mondo della proteomica, delle sue potenzialità e delle possibili applicazioni. Utilizzando differenti tecniche separative (elettroforesi bidimensionale BNgel/SDS-PAGE, IEF/SDS-PAGE e cromatografia liquida HPLC), di arricchimento (biotin switch) e di rivelazione (spettrometria di massa ESI-TRAP, MALDI-TOF e MALDI-TOF/TOF) sono state di volta in volta affrontate delle tematiche di ricerca diverse su differenti sistemi biologici: - proteomica di tipo “classico” volta all’identificazione delle proteine di membrana presenti nei tilacoidi di orzo (Hordeum vulgare) - analisi proteomica differenziale volta ad individuare quali siano le catene polipeptidiche caratterizzanti diverse varietà di caffè (Coffea arabica/Coffea robusta) - studio della S-nitrosilazione a carico delle proteine di Arabidopsis thaliana indotta a seguito dell’interazione con un ceppo avirulento del patogeno batterico Pseudomonas syringae pv. tomato. - caratterizzazione di due ficobiliproteine, le ficocianine (PC) α e β del cianobatterio Aphanizomemon flos-aquae, coinvolte nel processo di assorbimento della luce da parte dell’apparato fotosintetico.

Proteomics represents the systematic study of the many and diverse properties of proteins investigated using a variety of with the final aim of providing detailed descriptions of the structure, function and control of biological systems. Developments in methods and technologies have resulted in an expansion of the purpose of biological studies from the reductionist biochemical analysis of single proteins to proteome-wide measurements. Proteomics and other complementary analysis methods (genomics, microarray, metabolomics) are essential components of the emerging 'systems biology'. What is this new approach for? The 'systems biology' aims to comprehensively describe biological systems through integration of different types of data and, in the future, to finally allow computational simulations of complex biological systems. This thesis represents the personal journey of the candidate in discovering the world of proteomics, its potentialities and possibile applications. Different subjects and biological systems were investigated using different separative tecniques (two-dimension electrophoresis BNgel/SDS-PAGE, IEF/SDS-PAGE and liquid chromatography HPLC), enrichment methods (biotin switch) and mass spectrometry instruments ( ESI-TRAP, MALDI-TOF and MALDI-TOF/TOF): - “classic” proteomic approach to identify thylakoid membrane proteins in barley (Hordeum vulgare) - differential proteomic analysis to determine which proteins would characterize different coffee species (Coffea arabica/Coffea robusta) - S-nitrosylation of Arabidopsis thaliana proteins after leaves infection with an avirulent strain of the bacterial pathogen Pseudomonas syringae pv. tomato. - characterization of two phycobiliprotein, α and β phycocyanin (PC) of cyanobacterium Aphanizomemon flos-aquae, involved in the light harvesting process by the photosynthetic apparatus.