ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ ZİRAAT FAKÜLTESİ TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİ BÖLÜMÜ PROTEOMİK VE METABOLOMİK KÜBRA IŞIK BÜŞRA ÇEVİK Dr. Öğretim Üyesi Yılmaz KAYA

Proteom: bellir bir zaman ve mekanda bir organizmanın sahip olduğu ve ifade ettiği tüm farklı proteinlerin toplamıdır. Genom Proteomik ″Farklı proteinler‟ sadece genler tarafından değil,aynı zamanda sentez sonrası modifikasyonları da içermektedir. ‘’Mekan’’ terimi farklı proteinlerin farklı hücre kompartmanlarında ve farklı hüce tiplerinde ifadesini belirtir. ‘’Zaman’’ ise farklı gelişim evreleri,çevresel koşullar,çeşitli hastalıklar,yaşlılık gibi süreçleri ifade eder. Proteomik: belli bir zamanda bellir bir yerde bulunan tüm proteinlerin yapılarını,yerleşimlerini,miktarlarını, transalasyon sonrası modifikasyonlarını,doku ve hücrelerdeki işlevlerini,diğer proteinlerle ve makro moleküllerle olan etkileşimini aydınlatır.

Proteomik stratejilerin ana amacı ilgilenilen örnekteki tüm proteinlerin karakterizasyonlarının yapılmasıdır. Bir proteinin tanımlanması için kullanılacak çok sayıda özellik vardır. Bunlardan birkaçı; İfadesi Yerleşimi Etkileşimleri Domain yapısı Modifikasyonları Aktivitesidir.

Bir organizmanın genomu hücreler arasında farklılık göstermesede,proteom için böyle bir durum söz konusu değildir. Tek bir hücrede bile farklı uyaranlar karşısında proteomun değiştiği bilinmektedir. Proteinleri çalışmak; Belirli karakterlerini üç boyutlu yapılarından almaları Bazen çok düşük miktarlarda bulunmaları Davranışları ile miktarları arasında net bir ilişki bulunmaması Geri dönebilen PTM’lerinin olması RNA splicing nedeniyle splice varyantlar oluşturabilmeleri,gibi çeşitli nedenlerden dolayı genleri çalışmak kadar kolay değildir.

Proteinler geleneksel ve yüksek verimli yöntemler ile çalışılabilmektedir. a. Geleneksel yöntemler: İki yönlü jel elektroforezi gibi elektroforetik yöntemler. İki yönlü sıvı kromatografi gibi kromatografik yöntemler. Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time Of Flight (MALDI-TOF) gibi kütle spektrometrik yöntemler. b. Yüksek verimli teknoloji: Mikroarray yöntemi

Genel bir proteomik uygulaması

Proteomik çalışmalarının amaçları ise şunlardır; mRNA ekspresyon düzeyleri,protein ekspresyon düzeyleri ile körele edilemez mRNA düzeyleri,kodlanmış proteinin aktivitesini yansıtmaz mRNA düzeyinde proteinlerin post-translasyonal modifikasyonları ile ilgili bilgi sağlanmaz Genom ve proteom= komplementer veri sağlar Uygulama Alanları Genomik ve proteomik hemen her konu ve durumu değerlendirmek için araştırma yapmaya uygun disiplinlerdir. İyi bir kurgu ve doğru bir karşılaştırma ile tıbbın hemen her alanında (Onkoloji, Farmakoloji, İmmünoloji, Biyokimya, Mikrobiyoloji vb) araştırmalar yapılabilir. Tıp dışı alanlarda da (Biyoloji, Ziraat, Çevre vb) araştırmalar yapılabilmektedir. Karşılaştırmalı çalışmalar aracılığıyla, kanserleşme ve prognoz tahmini, ilaca yanıtın tahmini ve kişiye özel ilaç gelişimi, immün yanıtın yapısı ve transplantasyon sonucunun önceden tahmini, mikroorganizmaların genomiği ve subgruplandırılması gibi araştırmalar yapılabilir.

GENOMİK TRANSKRİPTOMİK METABOLOMİK PROTEOMİK Metabolomikler ‘omik’ kaskadı içerisinde son aşama olarak görülmektedir METABOLOMİK PROTEOMİK

METABOLİT: Canlılarda çeşitli tepkimeler sırasında ortaya çıkan ve normal olarak vücutta birikmeyerek başka bileşiklere dönüşen kimyasal bileşiklerdir. METABOLOMİK: Belirli bir zaman diliminde dokularda, hücrelerde ve fizyolojik sıvılarda lipid, karbonhidrat, vitaminler, hormonlar ve diğer hücre bileşenlerinden ortaya çıkan küçük moleküllü metabolitlerin yüksek verimli teknolojiler kullanılarak saptanması miktarının belirlenmesi ve tanımlanmasıdır.

Metabolomik adı verilen bu yöntem hücresel yolakların tek tek ortaya çıkarılmasında moleküler araçları kullanmaktadır. Sonuçta çok sayıda protein kitaplıkları ortaya çıkar. Önce genom haritası tamamlanır sonra beklenen proteinler biyoinformatik ile çözümlenir. Bu proteinlerin benzerlikler bazında ait oldukları aileler tahmin edilerek kümeler oluşturulur. Transporterlar, mitokondriyal proteinler, lipit metabolizması ilişkili proteinler, kanal proteinleri gibi.

Organizmanın genetik değişiklik, hastalık ve çevresel değişiklilere verdiği en son yanıt metabolomdaki değişikliklerdir. Proteomikte olduğu gibi hastalık belirleyici olan veya tedavide gözlem sağlayan metabolitlerin belirlenmesi amaçlanır. Genomik ve proteomik ‘ne olabileceğin’ metabolomik ise ‘gerçekte ne olduğunun’ bilgisini verir. Bu nedenle tüm metabolitlerin ayrıntılı ve kantitatif ölçümü hastalık teşhisi veya toksik ajanların fenotip üzerindeki etkilerini araştırmada en ideal yöntemdir. Metabolomik analizleri serum, idrar, beyin omurilik sıvısı, plazma, tükürük gibi vücut sıvılarında yapılabilir. Bu analiz klinik biyokimya ile farmakoloji preklinik ilaç denemeleri, kanser metabolizması, yeni doğan taraması alanlarında kullanılmaktadır. Metabolomdaki değişiklikler organizmanın genetik değişiklik hastalık ve çevresel değişikliklere verdiği en son yanıttır. Metabolomik invaziv olmayan biyolojik belirteçler kullanarak metabolik yolların incelenmesine olanak sağlar. Organizmanın genetik değişiklik, hastalık ve çevresel değişikliklere verdiği en son yanıt metabolomdaki değişikliklerdir. Proteomikte olduğu gibi hastalıkta belirleyici olan veya tedavide gözlem sağlayan metabolitlerin belirlenmesi amaçlanır.

METABOLOMİK TEKNİKLERİ Metabolomik, biyoloji, kimya ve matematik içeren multi-disipliner bir bilimdir. Çok değişkenli veri analiz yöntemleriyle birleştirilmiş kromatografi, moleküler spektroskobi ve kütle spektrometrisi gibi analitik tekniklere ihtiyaç vardır. Metabolomik çalışmalar; metabolitlerin ayrımlanmasını ve analizini sağlayan teknikler, metabolitlerin teşhis ve tanımlanmasını sağlayan yazılım-veribankası kulanımı ve istatistiksel değerlendirlermeden oluşmaktadır. Hedef bileşik analizleri ve metabolik profilleri için; Gaz Kromatografisi (GS) Yüksek Performanslı SıvıKromatografisi (HPLC) Nükleer Magnetik Rezonans (NMR) Kütle spektrometresi (MS) Kapiler elektroforez (CE) Bu yöntemler, kromatografik ayırma yöntemlerine dayanmaktadır.

GAZ KROMATOGRAFİSİ (GS) Sabit bir fazdan mobil bir faz olarak gaz akımı geçirilerek uçucu bileşiklerin absorbsiyon ve dağılım farkına göre birbirlerinden ayrılmasını sağlayan yöntemdir. Gaz kromatograf, karışım halindeki bileşenleri ayırmak için kullanılan kimyasal analiz enstrümanıdır. • Yüksek kromatografik çözünürlük sağlar. • Gaz kromatografisi; ilaç sanayisi, Uçucu yağların analizi Hava kirliliği analizleri Petrol endüstrisinde kullanılmaktadır.

YÜKSEK PERFORMANSLI SIVI KROMATOGRAFİSİ (HPLC) Yüksek performanslı sıvı kromatografisi (YPSK veya HPLC), karışım halindeki maddeleri birbirinden ayırmak, teşhis etmek ve miktar tayinini yapmak için kullanılan modern bir cihaz ve bu cihazın kullanıldığı yönteme verilen addır. Farmasötik preparatlardaki ilaç etken maddeleri, farmasötik preparatlardaki bozunma ürünleri ve safsızlıklar, kandaki ilaç molekülleri ve bu moleküllerin metabolitleri, drogların içerdikleri etkili bileşikler, gıdaların kimyasal bileşimi, organizmadaki enzimler, aminoasitler, proteinler, polisakkaritler, vb. pek çok analitik miktar tayini için sıklıkla kullanılır.

NÜKLEER MANYETİK REZONANS (NMR) Organik moleküllerin yapıları ve kimyasal özellikleri hakkında bilgi veren bir spektroskopik bir tekniktir NMR kullanılarak katı veya sıvı örneklerin yapısı bağlanma özellikleri ve molekül formülü hakkında bilgi edinilebilir.

KÜTLE SPEKTROMETRESİ Proteinlerin tanımlanmasında oldukça etkili bir yöntemdir. Bu yöntem bize; Protein dizileri Posttranslasyonel modifikasyonları Proteinler arası ilişkileri hakkında bilgi verir.

KAPİLER ELEKTROFOREZ Kapiler elektroforez, elektroforetik hareket kabiliyeti, faz ayırımı ve moleküler boyuttaki farklılıklara yada bunların bir kaçına bağlı olarak elektrokinetik ayırım yapan bir tekniktir.