La proteomica è lo studio dell’intero complesso proteico e delle sue alterazioni. L’obiettivo della proteomica è definire la natura delle proteine e i loro livelli di espressione nelle cellule, utilizzando tecnologie accurate di rilevamento delle proteine.
Proteomica: definizione
Il completamento del sequenziamento del genoma umano ha rappresentato la pietra miliare per la biomedicina. La proteomica presenta ai ricercatori un compito ancora più impegnativo: la caratterizzazione del proteoma umano. La proteomica è una branca della scienza relativamente nuova e in evoluzione estremamente dinamica, focalizzata sulla valutazione dell’espressione genica a livello di proteoma.
Le proteine sono gli elementi costitutivi dell’organismo vivente e sono costituite da aminoacidi. Oggi sono note le sequenze complete del genoma di molti organismi, inclusi gli esseri umani. Tuttavia, la funzione della maggior parte dei geni rimane oscura. La disponibilità di questa nuova mole di dati sulle proteine ha portato alcuni scienziati a designare il 21° secolo come l’era post-genomica o proteomica.
Il termine proteoma indica l’insieme totale delle proteine codificate da un genoma. La proteomica prevede il rilevamento e l’analisi della composizione proteica globale di una cellula o di un organismo.
Come funziona?
Gli scienziati identificano la struttura, le interazioni e le funzioni di tutte le proteine all’interno delle cellule e degli organismi utilizzando metodi avanzati di misurazione delle proteine. Il metodo più accurato e affidabile per analizzare un campione biologico di un paziente è la spettrometria di massa. Questo metodo identifica le proteine dalla massa e dalla loro carica. Questa tecnica è utilizzata per isolare le proteine e identificarne le caratteristiche allo scopo di aiutare i medici a determinare gli stati di malattia del paziente.
I dati proteomici sono estremamente utili per classificare cellule e tessuti in stati patologici e per comprendere i meccanismi biologici alla base della malattia oncologica. La struttura, le interazioni e le funzioni di tutte le proteine all’interno delle cellule e degli organismi possono essere identificate utilizzando metodi di misurazione specifici e forniscono importanti informazioni biologiche, sotto forma di biomarcatori, che aiutano medici e scienziati a comprendere la biologia dinamica del paziente oncologico.
Quale importante indicatore biologico dello stato di evoluzione del tumore e della progressione dello stato fisiologico della cellula in un momento specifico, i biomarcatori rappresentano potenti strumenti per monitorare il decorso del cancro e valutare l’efficacia e la sicurezza degli agenti terapeutici.
Proteomica: applicazioni in oncologia
In Italia, ogni anno 400.000 persone affrontano una diagnosi di tumore. La mortalità per cancro non deriva tanto dalla mancanza di rimedi disponibili (anche se purtroppo non tutti i tumori sono attualmente trattabili), ma piuttosto dalla diagnosi che avviene molto spesso in stadi troppo avanzati perché le terapie siano efficaci. Prevenzione, diagnosi precoce e intervento precoce sono gli obiettivi primari di oncologi e biologi che si occupano del cancro.
I geni sono i principali controllori del comportamento cellulare, ma, nel caso del cancro, le proteine espresse dirigono la crescita del tumore, l’invasione, le metastasi, l’interazione con le cellule circostanti e la risposta alla terapia.
Quanti farmaci agiscono sui geni? In realtà nessuno: i farmaci e le molecole agiscono sulle proteine, con livelli di efficacia spesso influenzati dalle proteine.
Scoprire i cambiamenti della rete di segnalazione proteica aiuta a comprendere il meccanismo molecolare del tumore, della progressione del tumore e delle metastasi e quindi identificare le ‘firme’ caratteristiche della rete di segnalazione uniche per i diversi tipi di cancro e sottotipi di cancro.
L’analisi proteomica in oncologia va a investigare le proteine e le loro interazioni nelle cellule tumorali, mediante tecnologie proteomiche. L’analisi proteomica ha il potenziale per rivoluzionare l’oncologia di precisione attraverso:
- la diagnosi e lo screening del cancro basati su piattaforme proteomiche come complemento all’istopatologia,
- la selezione individualizzata di terapie mirate alla rete proteica specifica del cancro,
- la valutazione in tempo reale dell’efficacia terapeutica e della tossicità dei farmaci,
- la modulazione della terapia basata sui cambiamenti nella rete proteica del cancro, associata alla prognosi e alla resistenza ai farmaci.
È risaputo che alcuni tumori metastatizzano e/o progrediscono inesorabilmente, nonostante tutti gli interventi terapeutici, mentre altri tumori crescono lentamente e non metastatizzano mai. Indipendentemente da tale eterogeneità nel comportamento del tumore, il cancro viene trattato come se fosse un’unica malattia mediante i cosiddetti protocolli standard. A causa di questa pratica monolitica, molti pazienti sono esposti inutilmente a una terapia aggressiva che può essere associata a patologie ‘collaterali’ o addirittura a mortalità.
I recenti progressi della proteomica hanno aperto nuove strade per la scoperta di biomarcatori correlati al cancro. Con l’avvento di tecnologie proteomiche nuove e migliorate, come lo sviluppo di metodi proteomici quantitativi, della spettrometria di massa ad alta risoluzione, alta velocità, alta produttività e alta sensibilità e chip proteici, nonché dell’intelligenza artificiale per l’analisi e l’interpretazione dei dati, è stato possibile scoprire biomarcatori in grado di prevedere in modo affidabile e accurato gli esiti delle terapie e l’evoluzione del singolo tumore.
In particolare, l’analisi proteomica che utilizza la spettrometria di massa può identificare marcatori predittivi dell’aggressività del tumore o del potenziale metastatico. Una migliore previsione del comportamento del tumore consentirebbe un migliore processo decisionale clinico e un trattamento terapeutico più appropriato per molti pazienti.
