Proteoma di un'intera famiglia

Gli scienziati dell'ETH di Zurigo e dell'EPFL hanno condotto uno studio su larga scala del proteoma nei topi. Il proteoma è l'insieme di tutte le proteine, in questo caso quelle presenti nel fegato dei topi. I ricercatori hanno acquisito nuove conoscenze sullo sfondo molecolare delle malattie del metabolismo dei grassi e dell'energia. Lo studio è nato dalla collaborazione tra il gruppo di ricerca del professor Ruedi Aebersold dell'ETH, specializzato in proteomica, e il gruppo del professor Johan Auwerx dell'EPFL, specializzato in fisiologia mitocondriale e malattie del fegato.

"Come negli esseri umani, anche nei topi esistono differenze individuali, ad esempio nel metabolismo del colesterolo o nella predisposizione a malattie metaboliche come il fegato grasso", afferma Evan Williams, uno dei due autori principali dello studio, pubblicato sull'ultimo numero della rivista Science. Williams ha svolto il lavoro come dottorando all'EPFL e ora lavora come postdoc all'ETH di Zurigo. "Alcune di queste differenze potrebbero già essere spiegate geneticamente, ma non tutte", afferma.

La tecnologia più recente

Gli scienziati hanno quindi raccolto dati completi sulle proteine di un ampio gruppo di topi per spiegare ulteriori differenze metaboliche. A tal fine, hanno utilizzato una tecnica di misurazione di spettrometria di massa chiamata SWATH-MS, sviluppata nel gruppo di Aebersold dell'ETH di Zurigo. I ricercatori l'hanno utilizzata per misurare la concentrazione di un gran numero di proteine epatiche negli animali in esame.

"Misurare la totalità delle proteine è molto più complesso che misurare tutti i geni", spiega Yibo Wu, ricercatore post-dottorato nel gruppo di Aebersold e primo autore dello studio. "Grazie alla tecnica SWATH-MS, è diventato possibile misurare migliaia di proteine diverse in centinaia di campioni": in questo caso specifico, i ricercatori hanno misurato 2600 proteine diverse nei campioni di tessuto. Per rendere possibili tali misurazioni del proteoma sono necessarie ampie banche dati di proteine. Negli ultimi anni, Wu ha contribuito in modo determinante alla creazione di un database di proteine di topo.

Il proteoma completa il genoma

La coorte analizzata nello studio era composta da 40 ceppi di topi riconducibili a due soli animali ancestrali e quindi strettamente imparentati. Gli scienziati hanno somministrato a due gruppi identici di topi, ciascuno composto da rappresentanti di tutti questi 40 ceppi, una dieta ad alto contenuto di grassi - l'equivalente del cibo spazzatura nell'uomo - o una dieta sana a basso contenuto di grassi. Gli scienziati hanno registrato i dati medici convenzionali (fisiologici) di base per un periodo di settimane. Tra le altre cose, hanno testato le prestazioni dei topi e la velocità con cui riducevano il loro peso durante l'attività fisica. Come gli scienziati si aspettavano, gli animali hanno affrontato in modo diverso la dieta ad alto contenuto di grassi. Alcuni animali hanno sviluppato malattie metaboliche come il fegato grasso, altri no.

Per l'analisi, i ricercatori hanno combinato i dati fisiologici con quelli relativi al genoma (DNA), al trascrittoma (RNA) e al proteoma. Questa combinazione ha permesso di caratterizzare con maggiore precisione il ruolo di diverse proteine specifiche nel metabolismo dei grassi e dell'energia. Una di queste è COX7A2L. Come hanno scoperto i ricercatori in questo studio, la proteina è responsabile nei topi della formazione dei cosiddetti supercomplessi nei mitocondri (le "centrali elettriche" interne della cellula). Questi supercomplessi sono composti da oltre cento proteine diverse. Il loro compito è quello di fornire alle cellule l'energia necessaria in una forma adeguata. I topi con una quantità insufficiente di proteina COX7A2L non sono in grado di fornire quantità sufficienti di energia, con effetti negativi sull'intero organismo.

Applicazione nella medicina personalizzata

Questo studio è il più completo studio proteomico finora realizzato con SWATH-MS nei mammiferi. Tuttavia, la tecnica degli scienziati dell'ETH è pronta per essere utilizzata in futuro anche per condurre studi di coorte sugli esseri umani: I ricercatori del gruppo di Aebersold hanno creato un database corrispondente con migliaia di proteine umane. "Proprio come i ceppi di topi in questo studio, anche i pazienti affetti da una particolare malattia differiscono tra loro", afferma l'ETH professor Aebersold. "L'approccio adottato qui nella coorte di topi può essere applicato uno a uno nella ricerca sulle malattie umane e in particolare nella medicina personalizzata".