L'approccio proteomico per lo neurodegenerative · 16/03/2018 1 L'approccio proteomico per lo studio delle malattie neurodegenerative Pavia, 16 marzo 2018 Tiziana Alberio La complessità

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L'approccio proteomico per lo

studio delle malattie

neurodegenerative

Pavia, 16 marzo 2018

Tiziana Alberio

La complessità delle malattie

neurodegenerative

…the etiologies for which

remain unknown……remains unclear…

…the molecular basis of this

neurodegenerative disorder is

unclear…

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L’esempio di Parkinson e SLA

Sporadic PD

85%

Familial PD

15%

Gene

Transcript

Protein

Alternate Transcripts

Isoforms

Gene 2

Transcript 2

Protein 2proteoforms

Un sistema complesso……è regolato da relazioni non lineari

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Risultanti vs Proprietà emergenti

Risultanti vs Proprietà emergenti

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Le patologie multifattoriali

Il Proteoma è un’immagine biochimica

del fenotipo

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Le tappe fondamentali della

(post)genomica

• 1992: Kary Mullis inventa la PCR

• 1992: nasce internet e il WWW

• 1994: nasce la Proteomica

• 2001: il Genoma umano

• 2002: il consorzio Uniprot

• 2014: il Proteoma umano

Human Proteome Project HPP

Mission

By characterizing all 20,300 genes of the known genome,

the Human Proteome Project will generate the map of the

protein based molecular architecture of the human body and

become a resource to help elucidate biological and molecular

function and advance diagnosis and treatment of diseases.

C-HPPC-HPP

B/D-HPPB/D-HPP

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Human Proteome Project HPP

C/HPP

Shotgun proteomics: workflow

facoltativo

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Metodo deduttivo o induttivo?

Metodo deduttivo o induttivo?

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Perché l’approccio induttivo oggi?

• Cosa osservare: tutto!

• Approcci globali in grado di osservare anche quando mai osservato prima

• Infiniti casi empirici…

• Big data approssimano all’infinito

• Ogni induzione non può che restare una congettura…

• Modello statistico per attribuire una False Discovery Rate ad ogni congettura

La validazione in proteomica

Alberio T, Fasano M. J Biotechnol. 2011

PMID: 21925549

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Un esempio…alterata omeostasi della

dopamina

Dopaminergic

neuron

Un esempio…alterata omeostasi della

dopamina

Neurone

dopaminergico

SH-SY5Y

� Bassa attività

VMAT2

� Buona attività

DAT

↑ [DA]cito

↑espressione di

αsyn

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Verifica dell’ipotesi

Alberio et al., FEBS J, 2010

PMID: 20977677

Un’altra opportunità: l’interattomica

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Un’altra opportunità: l’interattomica

Malty et al., Cell Systems, 2017

PMID: 29128334

Interpretare i risultati: systems biology

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Interpretare i risultati: systems biology

Interpretare i risultati: systems biology

Over-representation analysis

ORA

Protein Networks

Gene Set

Enrichment

Analysis (GSEA)

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Interpretare i risultati: systems biology

Fasano et al., Expert Rev Proteomics.

2016. PMID: 27477319

Interpretare i risultati: meta-analisi

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Interpretare i risultati: meta-analisi

MPP+ - Enriched network analysis

1- aggiungere nodi

2- aggiungere dati

Centrality of HSPD1

Synapse is impaired

1

2

Monti et al., Front Cell Neurosci. 2015

PMID: 25698928

Meccanismi malattia-specifici o comuni?

Monti et al., Mol Neurobiol. 2018

PMID: 28004338

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Meccanismi malattia-specifici o comuni?

Comuni a tutte: apoptosis (and NF-kB…)

Comuni PD/SLA: protein localization to endoplasmic

reticulum; DNA damage response; Nuclear-transcribed

mRNA catabolic process, nonsense-mediated decay…

PD specifiche:

Biomarkers

• Uno o un panel?

• Quale tessuto?

• Analisi dei dati?

• Perché?

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Biomarkers

Geyer et al., Molecular Systems Biology, 2017

PMID: 28951502

An example

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Biomarkers

Grazie per

l’attenzione…

FasanoLab

University of Insubria, Busto A. (VA)

[email protected]