Hastalıkların Tanı Ve Tedavisinde Proteomik Yaklaşımlar

Tuğba Cici - Leoxygen Biyoteknoloji Sanayi ve Ticaret Anonim Şirket, Kurucu

Genomik (genlerin incelenmesi) tüm proteinlerin yapısını ve dinamik özelliklerini tahmin etmede yetersiz kaldığından, yeni bir alan ‘’proteomik’’ gelişmiştir. Proteomik alanı; protein ekspresyonu, yapısı ve fonksiyonunun geniş ölçekli analizidir. Proteinlerin yapısal ve işlevsel çeşitliliğini, hastalık süreçleri de dahil olmak üzere biyolojik süreçlerle ilişkilendirmeyi amaçlamaktadır. Proteomik; sağlık ve hastalıkta farklı şekilde ifade edilen proteinleri tanımlama, araştırma ve hedefleme fırsatları yaratmıştır. Klinik araştırmalar; daha iyi tanı ve prognostik testler geliştirme, yeni terapötik hedefler belirleme ve kişiye özel tedaviye olanak verme potansiyeli ile proteomik çalışmalardan yararlanmaya çalışmaktadır[1].

İnsan genomu dizilenmesinden itibaren, tanımlanmış 30000 genin işlevini anlamak için yoğun araştırmalar yapılmış ve dikkatler şimdi genlerin ürünlerine yani proteinlere çevrilmiştir. Proteomik, proteinlerin yapısı ve işlevinin geniş ölçekte araştırılmasıdır. Proteomik; insan hastalığında yer alan proteinleri tanımlamayı, bunların ekspresyonunu, yapısının ve işlevinin hastalığa nasıl yol açtığını anlamayı amaçlamaktadır. Proteomik; kanser, transplantasyon sonrası bağışıklık reddi, tüberküloz ve sıtma gibi bulaşıcı hastalıklar dahil olmak üzere çok sayıda hastalıkta teşhis veya prognostik belirteçler ya da terapötik hedefler olarak umut veren proteinleri tanımlamıştır. Proteomik alanı, kişiye özel tedaviye potansiyeline sahiptir. Bu alanda hem teknik (örneğin proteinlerin saptanması ve numune stabilitesinin korunması) hem de veri yönetiminde (proteinlerdeki değişiklikleri hastalık süreçleriyle ilişkilendirme) bazı zorluklar devam etmektedir[1].

Proteinlerin yapısı veya işlevindeki değişiklikler, klinik semptomların gelişmesinden önce patolojik anormalliklerin göstergeleri olarak işlev görmekte ve bu nedenle de tanısal ve prognostik biyobelirteçler olarak önemli bir rol oynamaktadırlar. Bununla birlikte kanser gibi hastalıkların altında yatan mekanizma, genellikle birden fazla düzensiz proteinin dahil olması nedeniyle oldukça karmaşıktır. Bu nedenle son hipotezler biyobelirteç panellerinin saptanmasının, hastalık teşhisi için tek belirteçlerle sağlanandan daha yüksek hassasiyet sağlayabileceğini öne sürmektedir[2].

Proteinlerin yanlış katlanması ve amiloid olarak birikmesi sonucunda doku hasarı ile birlikte amiloidoz olarak adlandırılan hastalıklar oluşabilmektedir. Sistemik formlarda amiloid birikimi yaygındır ve organların ciddi işlev bozukluğuna yol açabilmektedir. Proteomik analiz, elde edilen bilgilerin kapsamlılığı sayesinde sistemik amiloidozların incelenmesi için ideal bir araçtır. Dolaşımdaki amiloidojenik öncülerin karakterizasyonunda ve etkilenen dokuların analizinde, fibril bileşenlerinin tanısal tanımlanmasında ve protein ekspresyonunda hastalıkla ilgili değişikliklerin karakterize edilmesinde başarıyla kullanılabilmektedir[3].

Hastalık belirteçlerinin tanımlanması ve incelenmesi şu anda her zaman güvenilir olmayan spesifik proteinlere dayanmaktadır. Örneğin prostat kanserini taramak için prostat serum antijeni (PSA) tahlili kullanılmaktadır ancak bu antijenin seviyeleri prostatın iyi huylu türlerinde de yükselmektedir. Proteomik teknolojisindeki gelişmeler; hastalık türünü ortaya çıkarabilen, erken teşhis ve prognozu değerlendirmek için potansiyel olarak faydalı olan binlerce düşük moleküler ağırlıklı proteinin eşzamanlı analizine olanak sağlamaktadır. Bu nedenle belirli bir hastalık durumunu daha doğru bir şekilde tanımlamak için bir teşhis belirteçleri paneli kullanma potansiyeli mevcuttur[1].

Çoğu proteomik hastalık araştırması, proteomiklerin erken teşhise olanak verme potansiyeline sahip olduğu kanser hastalığına odaklanmıştır. Erken teşhis özellikle yumurtalık kanserinde önemlidir. Bunun nedeni kanserli kadınların çoğu tanı anında ilerlemiş hastalığa sahip olması ve beş yıllık sağkalım oranı %35’tir. Bununla birlikte birinci evre yumurtalık kanserinin 5 yıllık sağ kalım oranı %90'ın üzerinde olduğundan, erken teşhisin mortaliteyi doğrudan etkilemesi muhtemeldir. Bir proteomik çalışması, yumurtalık kanserli hastaları sağlıklı kadınlardan ayıran serum protein paternlerini %94'lük bir pozitif tahmin değeri ile tanımlamıştır. Bu araştırmada değerlendirilen sayılar küçüktü ve bu testin yumurtalık kanseri için bir tarama aracı olarak kullanılabilmesi için ileriye dönük popülasyona dayalı değerlendirmeler yapma ihtiyacı vurgulanmıştır. İlgili proteinlerin belirlenmesi, terapötik hedefler olma potansiyelleri nedeniyle de önem taşımaktadır[1].

Bazı kanser vakalarında, dokuyu ve dolayısıyla optimal tedaviyi belirlemek zordur. Örneğin, yumurtalık ve kolon kanserini ayırt etmek zor olabilmektedir ve bu kanserlerin tedavileri önemli ölçüde değişiklik gösterdiğinden doğru teşhis oldukça önemlidir. Araştırmacılar, genomik ve proteomik araçların bir kombinasyonunu kullanarak iki kanser için farklı belirteçleri tanımlamışlardır: kolon kanseri hücreleri için villin proteini ve yumurtalık kanseri hücreleri için moesin proteini tanımlanmıştır[1].

Tüberküloz dünya çapında milyonlarca insanı etkilemekte ve ilaca dirençli Mycobacterium tuberculosis suşları artan bir sağlık sorunudur. Klinik öncesi enfeksiyonu tespit edebilen bir serum tarama testi; erken tedaviye olanak sağlayacak, potansiyel olarak bulaşmayı azaltacak ve yaygın bir uygulama alanına sahip olacaktır. Proteomik teknikler, yaygın klinik izolatlar tarafından in vitro salgılanan proteinleri tanımlamıştır. Bunlardan ikisi (rRv3369 ve rRv3874) klinik çalışmalarda %60-74 duyarlılık ve %96-97 özgüllük ile serodiagnostik antijenler olarak potansiyel göstermiştir. Bu proteinler, kit bazlı serum tarama testi için potansiyel adaylardır[1].

Bağışıklık reddi, kalp nakli sonrası önemli bir sorundur. Doğru tanı, invaziv endomiyokardiyal biyopsiye dayanmaktadır. Yakın tarihli bir kardiyak biyopsi numunesi araştırması, kardiyak ve ısı şoku proteinleri de dahil olmak üzere red sırasında yukarı regüle edilen (upregulation) 100'den fazla protein tanımlamıştır. Bunlardan ikisi alfaB-kristalin (bir ısı şoku proteini) ve tropomiyozin (bir kalp kası proteini) reddedilen hastaların serumlarında önemli ölçüde daha yüksek seviyelerde ifade edilmiştir. Serumun proteomik analizi bu nedenle kardiyak reddi belirlemede güçlü ve daha az invaziv bir yöntem olarak kullanılabilmektedir[1].

İlaç direnci birçok bulaşıcı hastalığın tedavisinde önemli bir klinik problemdir ve çoğu durumda mekanizma bilinmemektedir. Genetik ve protein dizilimi verileri artık birçok mikroorganizma için mevcuttur. Dolayısıyla ilaçlara dirençlerini anlamak ve ilaca dirençli hastalığı tedavi etmek için yeni ajanları belirlemek için araçlar sağlamaktadır. Örneğin Candida albicans'taki azol direnci, ergosterol biyosentez yolunda yer alan bir protein olan Erg10p gibi proteinlerin farklı ekspresyonu ile bağlantılıdır. Bu, dirençli hastalığın tedavisi için potansiyel bir ilaç hedefidir[1].

Proteomik alanında hala üstesinden gelinmesi gereken teknik zorluklar var. Proteomik, doku örneklerinin ve vücut sıvılarının karmaşık karışımlarıyla ilgilenmekttedir. Numunelerin çeşitliliği, proteinlerin çeşitli izoformlara ve varyantlara sahip olması nedeniyle daha da karmaşık hale gelmektedir. Ortalama olarak, tek bir gen üç adede kadar protein üretebilmektedir. Bu proteinler daha sonra fonksiyonel çeşitliliklerini daha da artırabilen fosforilasyon ve glikosilasyon gibi translasyon sonrası modifikasyonlara uğrayabilmektedir[1].

Ayrıca çeşitli gen ürünleri ve bunların modifikasyonları, farklı doku ekspresyonu ve işleve sahiptir. Proteomik patern profili, hastalığın erken teşhisi için oldukça önem taşımaktadır ancak klinik uygulamada yaygın hale gelmesinden önce çeşitli engeller aşılmalıdır. Kütle spektrometrisi binlerce proteini tanımlayabilmektedir. Spesifik ve spesifik olmayan değişiklikleri belirlemek için algoritmaların geliştirilmesi ve doğrulanması gerekmektedir[1].

Sonuç olarak insan hastalıklarında proteomik analiz hızla ilerleme kaydetmektedir. Bu analizlerin bulguları, çeşitli hastalıkların başlangıcında ve gelişiminde tek tek proteinlerin veya tüm hücresel yolakların rollerini daha net anlamamıza ve daha efektif tedavilerin geliştirilmesine olanak sağlayacaktır. Proteomik yakın gelecekte ilaç geliştirme üzerinde de büyük bir etki oluşturacaktır. Sağlık ve hastalık durumlarında farklı şekilde ifade edilen proteinler, potansiyel ilaç hedefleridir.

Referanslar

1. Kavallaris, M., & Marshall, G. M. (2005). Proteomics and disease: opportunities and challenges. The Medical journal of Australia, 182(11), 575–579.

2. Xiao, Z., Prieto, D., Conrads, T. P., Veenstra, T. D., & Issaq, H. J. (2005). Proteomic patterns: their potential for disease diagnosis. Molecular and cellular endocrinology, 230(1-2), 95–106.

3. Stoppini, M., Obici, L., Lavatelli, F., Giorgetti, S., Marchese, L., Moratti, R., Bellotti, V., & Merlini, G. (2009). Proteomics in protein misfolding diseases. Clinical chemistry and laboratory medicine, 47(6), 627–635.