METABOLOMİK Doç. Dr. Evren ÖNAY UÇAR Nisan 2016

Protein-protein, Protein-DNA, Protein-RNA etkileşimi Metabolit Genom Transkriptom Proteom Metabolom Protein-protein, Protein-DNA, Protein-RNA etkileşimi İnteraktom

Tamamlanan İnsan Genom Projesi ile gen sayısı, bu genlerin diğer organizmalarla benzerlikleri ve farklılıkları ortaya konulmuştur. Daha sonra genlerin fonksiyonları araştırılmaya başlanmış, çeşitli proteomik ve transkriptomik çalışmalar yapılmıştır. En son aşamada ise klinik fenotipleri açıklamak adına araştırmacılar diğer omik araştırmalara yönelmiştir.

“Metabolome” Yunanca “Değişmek (metabol)” ve “Küme (-ome)” anlamına gelmektedir. Bir hücre veya canlıdaki metabolizmanın tümü metabolom olarak adlandırılır.

Metabolom: Metabolom, bir biyolojik örnekteki metabolitlerin (metabolik ara ürünler,hormonlar, sinyal molekülleri, sekonder metabolitler) tümü. Herhangi bir fizyolojik yada gelişim durumunda hücrede bulunan düşük molekül ağırlığına sahip moleküllerin tümü http://dbkgroup.org/dave_files/AnalystMetabolicFingerprinting2006.pdf

Metabolomik ise metabolomdaki küçük moleküllü metabolitlerin yüksek verimli teknolojiler kullanılarak saptanması, miktarının belirlenmesi ve tanımlanmasıdır.

Metabolit: Metabolizmanın ara ve son ürünleridir: Molekül ağırlıkları < 1,5 kDa Endojen metabolitler Eksojen metabolitler Birincil metabolitler İkincil metabolitler Ksenometabolitler http://dbkgroup.org/dave_files/AnalystMetabolicFingerprinting2006.pdf

Metabolomikle incelenen küçük moleküller: Peptitler Oligonükleotidler Şekerler Nükleozidler Organik asitler Ketonlar Aldehitler (Molekül ağırlıkları 1500 Da’un altında !!) Aminler Amino asitler Lipitler Steroidler Alkaloidler İlaçlar

Metabolomik analizler Serum İdrar Beyin omurilik sıvısı Plazma Tükürük gibi vücut sıvılarında yapılabilir.

Metabolomdaki değişiklikler, organizmanın genetik değişiklik, hastalık ve çevresel değişikliklere verdiği en son yanıttır. Metabolomik invaziv olmayan biyolojik belirteçler kullanarak metabolik yolların incelenmesine olanak sağlar.

Tek tek metabolitler aslında yıllardır hastalık teşhisinde kullanılmaktadır. • Diyabette kan şekeri • Koroner kalp hastalığında kolesterol düzeyi

1971 yılında, Arthur Robinson ve Linus Pauling vücut sıvılarındaki metabolitleri kalitatif ve kantitatif olarak değerlendirmişler. Aynı yıl ilk kez, Horning (1971) gaz kromatografisi (GC) tekniğini kullanarak hasta idrar ve doku örneklerinden metabolik profil çıkararak bu terimi literatüre kazandırmışlardır. Novotny; Soini, Helena A.; Mechref, Yehia; et al. (2008). "Biochemical individuality reflected in chromatographic, electrophoretic and mass-spectrometric profiles". J Chromatog B 866: 26–47.

Bu önemli yaklaşım, biyolojik sıvılarda bulunan çok sayıda küçük molekülün kantitatif metabolik profilini ortaya koymayı ifade eden bir terimin Nicholson tarafından kullanılması ile sonuçlanmış. “Metabonomik”

Metabonomik: Tüm organizmadaki, sistematik biyokimyasal profillerin ve düzenlemelerin, hücre sıvısındaki ve dokudaki metabolit havuzunun analiz edilmesi ile belirlenmesidir. http://dbkgroup.org/dave_files/AnalystMetabolicFingerprinting2006.pdf

Nisan 2016 tarihi itibariyle, METLIN veribankasındaki: 2005 yılında, ilk metabolomik web veribankası  METLIN,  insan metabolitlerini tanımlamak üzere The Scripps Research Institute tarafından kullanıma açıldı. Bu sitede 10.000’den fazla metabolit ve kütle spektrometri verileri bulunmaktaydı. Nisan 2016 tarihi itibariyle, METLIN veribankasındaki: Metabolit sayısı = 242.032 High resolution MS/MS data = 72.268 Smith CA, I'Maille G, Want EJ, Qin C, Trauger SA, Brandon TR, Custodio DE, Abagyan R, Siuzdak G (December 2005). "METLIN: a metabolite mass spectral database" (PDF). Ther Drug Monit 27 (6): 747–51.  (https://metlin.scripps.edu/index.php)

Human Metabolome Project 23 Ocak 2005 tarihinde, Human Metabolome Project, Dr. David Wishart (University of Alberta, Canada) tarafından, 7.500.000 $ bütçe ile başlatıldı. Wishart DS, Tzur D, Knox C, et al. (January 2007). "HMDB: the Human Metabolome Database". Nucleic Acids Research 35 (Database issue): D521–6. doi:10.1093/nar/gkl923.PMC 1899095. PMID 17202168. (http://www.wishartlab.com/projects/the-human-metabolome-Project)

Projenin amacı: hastalıkların tanılanması, hastalık sürelerinin belirlenmesi, izlenmesi, ilaç metabolizmasının belirlenmesi ve toksikoloji konularında ilerleme sağlanması amacı ile metabolomik araştırmalarının gerçekleştirilmesi; insan metabolomu ve genomu arasındaki ilişkinin belirlenmesi ve metabolomik için yeni programların geliştirilmesidir.

2015 yılında, gerçek-zamanlı metabolom profili ilk kez ortaya konuldu. Tamamlanan ilk çalışma ile yaklaşık 2500 metabolit, 1200 ilaç ve 3500 yiyecek bileşeni tanımlandı. 2015 yılında, gerçek-zamanlı metabolom profili ilk kez ortaya konuldu. http://www.metabolomics.ca/

Metabolom, organizmanın genotipine, fizyolojisine ve çevresine (organizmanın beslenmesine ve solunumuna) tamamen bağlı olduğu için, metabolomik genotip-fenotip ve genotip-çevre arasındaki ilişkinin incelenmesi için eşsiz fırsatlar sunar.

Metabolomik, farmakoloji, klinik öncesi tanılamalar, toksikoloji, organ naklinin izlenmesi, yenidoğan takibi, klinik kimya, mikrobiyoloji gibi bir çok alanda artan bir hızla kullanılmaktadır. Bununla birlikte, metabolomikteki anahtar sınırlama, insan metabolomunun henüz çok iyi bir şekilde karakterize edilmemiş olmasıdır.

Metabolomik, henüz genomik ya da diğer omik teknolojiler kadar gelişmiş ve tamamlanmış durumda değildir. Yaklaşık olarak 2900 endojen ya da ortak metabolit insan vücudunda belirlenmiştir. Günümüzde, serumda yaklaşık 1122 metabolit, 458 metabolit idrarda ve yaklaşık 300 metabolit diğer dokularda/ vücut sıvılarında saptanmıştır.

Metabolomik Teknikleri Metabolomik, biyoloji, kimya ve matematik içeren multi-disipliner bir bilimdir. Çok değişkenli veri analiz yöntemleriyle birleştirilmiş kromatografi, moleküler spektroskopi ve kütle spektrometrisi gibi analitik tekniklere ihtiyaç vardır.

Hedef bileşik analizleri ve metabolik profilleri için; • Gaz Kromatografisi (GS) MS ile birlikte, en çok kullanılan yöntem, sadece uçucu maddeler ayrılabilir. Büyük ve polar maddeler analiz edilemez. • Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografisi (HPLC) GC ye göre, düşük kromatografik rezolüsyona sahip • Nükleer Magnetik Rezonans (NMR) Kütle Spektrometrisi (MS) Kapiler Elektroforez (CE) Yüksek teorik ayırma yeteneğine sahip, ve oldukça geniş metabolit sınıfı için kullanılabilir.

Metabolomik parmakizi’nde, örnekler, hiçbir ayırma tekniği kullanılmadan ham olarak • NMR, • Kütle spektrometrisi (MS) • Fourier transform infrared (FT-IR) spektroskobisi Parmakizi yöntemleri, çok değişkenli analizlerle kombine edilerek birçok veri elde edilmektedir.