Una delle sfide chiave della proteomica, lo studio di tutte le proteine ​​espresse da una cellula o da un organismo, distingue tra molecole strutturalmente diverse ma con la stessa massa. Questo è difficile perché uno spettrometro di massa, l'apparato principale utilizzato in questo tipo di studio, funziona come una bilancia, ordinare le molecole analizzate in base alla loro massa.

Un modo per ridurre la confusione quando si utilizza uno spettrometro di massa è iniziare sottoponendo il campione alla cromatografia liquida, che separa le proteine ​​idrofile ("amante dell'acqua") da quelle idrofobiche. Le proteine ​​idrofile entrano per prime nello spettrometro, e i più idrofobici vengono lasciati per ultimi, diminuendo la probabilità che due diverse molecole con massa equivalente vengano interpretate come una sola dall'apparato.

"È come risolvere un puzzle con milioni di pezzi. Quando apri per la prima volta la borsa, i pezzi sono tutti confusi e sovrapposti. Devi iniziare ordinandoli. Poiché lavoriamo con la proteomica, ci sforziamo costantemente di sviluppare tecniche di selezione più raffinate, " ha detto Daniel Martins-de-Souza, che dirige il Laboratorio di Neuroproteomica dell'Università di Campinas (UNICAMP) in Brasile.

In uno studio con risultati recentemente pubblicati in proteomica , Il gruppo di Martins-de-Souza ha ottimizzato un metodo per aumentare la risoluzione dell'analisi proteomica mediante spettrometria di massa. Grazie a una combinazione di altre due tecniche, cromatografia liquida bidimensionale e mobilità ionica, il gruppo è riuscito a identificare 10, 390 proteine ​​espresse negli oligodendrociti, le cellule del sistema nervoso centrale responsabili della produzione di mielina, una sostanza lipidica che svolge un ruolo essenziale nello scambio di informazioni tra neuroni.

Con il supporto di FAPESP, il gruppo UNICAMP ha studiato per diversi anni il proteoma degli oligodendrociti umani, con l'obiettivo di comprendere meglio le cause della schizofrenia come base per proporre nuovi approcci terapeutici. "Ora abbiamo un database di proteine ​​oligodendrociti molto più completo, che sarà utile per i nostri studi e quelli di altri ricercatori nel campo, " Martins-de-Souza ha detto. "È disponibile online, e i dati possono essere scaricati. Inoltre, la tecnica di ottimizzazione può essere utilizzata per studiare il proteoma di qualsiasi campione biologico".

In uno studio precedente che utilizzava la cromatografia liquida unidimensionale per il pre-smistamento, il gruppo ne aveva individuati solo 2, 290 proteine ​​negli oligodendrociti.

Secondo Martins-de-Souza, i trattamenti attualmente disponibili per la schizofrenia si concentrano sui neuroni, ma i fallimenti di comunicazione neurale osservati nei pazienti possono essere dovuti alla disfunzione degli oligodendrociti. "Una delle nostre linee di ricerca consiste nel valutare come i farmaci usati per controllare la schizofrenia modificano il proteoma degli oligodendrociti, " ha detto. "Con questa nuova metodologia, possiamo ottenere cinque volte più informazioni sul ruolo di questi farmaci".

Lo studio è stato condotto durante la ricerca post-dottorato di Juliana Silva Cassoli e la ricerca del master di Caroline Brandão Teles, entrambi con borse di studio FAPESP e supervisione di Martins-de-Souza. Il primo passo nell'analisi proteomica mediante spettrometria di massa consiste nell'abbattere le proteine ​​estratte dal campione biologico di interesse, che in questo caso è costituito da oligodendrociti, in particelle più piccole chiamate peptidi.

"Una piccola proteina può dare origine ad almeno 10 diversi peptidi. Lo spettrometro non è in grado di analizzare l'intera molecola a causa delle sue grandi dimensioni, "Ha spiegato Martins-de-Souza.

Prossimo, il gruppo ha sottoposto il campione alla separazione mediante cromatografia. Invece di usare una singola matrice, come nella tecnica convenzionale, ne usavano due. Nella prima separazione, solo un quinto dei peptidi iniettati è entrato nello spettrometro in forma liquida. Questo è stato seguito da un altro quinto nella seconda separazione, e così via.

"È come se disponi i pezzi del puzzle con entrambe le mani invece di una sola, "Ha detto Martins-de-Souza.

All'interno dello spettrometro, il campione si trasforma in gas e vola avanti e indietro nel vuoto. Più piccolo è il peptide, più velocemente raggiunge la sua destinazione, e l'apparecchio ne misura quindi la massa.

Mentre le molecole volano all'interno dello spettrometro, la tecnica della mobilità ionica inietta una piccola quantità di gas nell'apparato attraverso un tubo.

"La resistenza offerta al gas dalla molecola dipende dalla sua forma tridimensionale, quindi se due diversi peptidi con la stessa massa volano insieme e iniettiamo il gas nella direzione opposta, tenderanno a separarsi dalla forza di resistenza al gas. È come raccogliere due fogli di carta con la stessa massa, accartocciarne uno in una palla, e farli cadere entrambi. A causa della sua forma, il lenzuolo accartocciato raggiungerà per primo il pavimento, "Ha spiegato Martins-de-Souza.

Alla fine dell'esperimento, gli oltre 223, 000 peptidi identificati dallo spettrometro sono stati ricostruiti utilizzando strumenti bioinformatici, risultando nel 10, 390 proteine ​​descritte nel documento. Il gruppo ha anche utilizzato la bioinformatica per mappare i compartimenti cellulari in cui si trovano le proteine ​​ei processi biologici in cui sono coinvolte.

"Idealmente, dovrebbe essere possibile identificare almeno due peptidi per proteina. Quel modo, we can be sure a molecule is really present in the sample, since two proteins with two exactly identical peptides are unlikely to occur. In questo studio, about 20% of the proteins were identified by more than 20 peptides, " Martins-de-Souza said.

The methodology enabled the researchers to identify even proteins that were relatively scarce in the sample, cioè., in quantities some 10 million times smaller than those of the most highly expressed molecules.

"One of the problems with mass spectrometry is that a very large piece of the jigsaw puzzle may hide several smaller ones. However, with an effective tool to spread out the pieces, you can see practically all of them, " Martins-de-Souza said.