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16/03/2018
1
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…
16/03/2018
2
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
16/03/2018
5
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
16/03/2018
8
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
16/03/2018
9
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
16/03/2018
10
Verifica dell’ipotesi
Alberio et al., FEBS J, 2010
PMID: 20977677
Un’altra opportunità: l’interattomica
16/03/2018
11
Un’altra opportunità: l’interattomica
Malty et al., Cell Systems, 2017
PMID: 29128334
Interpretare i risultati: systems biology
16/03/2018
12
Interpretare i risultati: systems biology
Interpretare i risultati: systems biology
Over-representation analysis
ORA
Protein Networks
Gene Set
Enrichment
Analysis (GSEA)
16/03/2018
13
Interpretare i risultati: systems biology
Fasano et al., Expert Rev Proteomics.
2016. PMID: 27477319
Interpretare i risultati: meta-analisi
16/03/2018
14
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
16/03/2018
15
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
Grazie per
l’attenzione…
FasanoLab
University of Insubria, Busto A. (VA)