Henry Rodriguez, Ph.D., MBA, là giám đốc Văn phòng Nghiên cứu Proteomics Lâm sàng Ung thư của NCI . Trong cuộc phỏng vấn này, Tiến sĩ Rodriguez nói về proteomics và Hiệp hội Phân tích Khối u Proteomic Lâm sàng (CPTAC) của NCI.

proteomics là gì?

Proteomics là một phương pháp tự động hóa cao và nhanh chóng để đo lường tất cả các protein trong một mẫu sinh học. Protein là những phân tử thực sự thực hiện hầu hết các công việc bên trong tế bào. Khi các nhà nghiên cứu phát triển các loại thuốc điều trị ung thư, những loại thuốc đó thường nhắm đến các protein, vì vậy các nhà khoa học và bác sĩ lâm sàng thực sự phải hiểu những gì các protein đang làm.

Các nhà nghiên cứu proteomics hiện có thể đo tới 10.000 protein trên mỗi mẫu khối u. Điều này được gọi là “khám phá proteomics”, đề cập đến việc xác định và định lượng không thiên vị càng nhiều protein càng tốt trong một mẫu sinh học.

Protein được đo lường như thế nào?

Protein là những phân tử lớn và trong lịch sử, việc xác định và đo lường chúng là một thách thức. Một kỹ thuật gọi là khối phổ đã được sử dụng trong hơn 30 năm để đo các phân tử nhỏ và chất chuyển hóa. Nhưng trong vài năm gần đây, nó đã được điều chỉnh thành một cách giúp đo lượng protein.

Tuy nhiên, làm như vậy đòi hỏi phải phá vỡ protein trong mẫu mô thành các mảnh nhỏ (gọi là peptide) bằng cách sử dụng các enzym cắt protein tại các vị trí cụ thể. Khi đã đo được các đoạn protein, các nhà nghiên cứu cần ghép các mảnh ghép lại với nhau để xác định toàn bộ protein. Các nhà nghiên cứu sử dụng thông tin có trong bộ gen để xác định những mảnh nào đi cùng nhau.

Thuật ngữ “Proteomics nhắm mục tiêu” dùng để chỉ các phép đo tập trung vào một tập hợp con xác định các protein quan tâm trong một mẫu sinh học. Sau khi các mục tiêu protein quan tâm được xác định, các thử nghiệm nhắm mục tiêu thông lượng cao được phát triển cho các nghiên cứu xác nhận: các thử nghiệm để khẳng định rằng các thử nghiệm ban đầu là chính xác. Nếu cần độ nhạy phát hiện cao hơn—ví dụ: khi một protein có mặt ở nồng độ rất thấp—các nhà nghiên cứu sử dụng các kháng thể liên kết với các protein quan tâm sẽ khuếch đại tín hiệu được tạo ra bằng phép đo khối phổ.

Nhưng trước đây các kháng thể là thuốc thử có vấn đề; chúng là thủ phạm trong nhiều nghiên cứu không thể tái sản xuất và nhiều kháng thể bán trên thị trường có đặc điểm kém, điều đó có nghĩa là các nhà nghiên cứu không thực sự biết chúng liên kết với cái gì.

Để giải quyết việc thiếu các kháng thể có giá cả phải chăng, đặc tính tốt và được kiểm chứng bằng phân tích có sẵn cho cộng đồng khoa học, ban lãnh đạo CPTAC cũng đã xây dựng một phòng thí nghiệm mô tả đặc điểm kháng thể tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Ung thư Quốc gia Frederick của NCI. Hàng năm, các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm tài nguyên này thu hút cộng đồng nghiên cứu ung thư để nhận phản hồi về mục tiêu protein nào cần một kháng thể tốt. Nếu một kháng thể mới được bảo hành, họ sẽ phát triển nó, mô tả đặc điểm của nó và cung cấp nó cho cộng đồng nghiên cứu.

CPTAC là gì?

CPTAC là một tập đoàn hợp tác gồm các tổ chức và nhà điều tra có chuyên môn về protein, gen, sinh học ung thư, ung thư, tin sinh học và hóa học lâm sàng. Họ thực hiện các dự án nghiên cứu phối hợp để xác định các protein được tìm thấy trong các mẫu vật ung thư có bộ gen đã được mô tả đặc điểm, chẳng hạn như trong chương trình Bản đồ bộ gen ung thư (TCGA) của NCI.

Một trong những nguyên lý của tập đoàn là tất cả dữ liệu proteomics được cung cấp công khai trong một kho lưu trữ mà cộng đồng nghiên cứu toàn cầu có thể truy cập được, tương tự như cổng dữ liệu TCGA.

Mục tiêu của CPTAC là gì?

Mục tiêu của chương trình CPTAC là làm sáng tỏ sinh học khối u—sinh học vẫn chưa rõ ràng chỉ dựa trên phân tích bộ gen—đồng thời đẩy nhanh nghiên cứu về protein và bộ gen ung thư bằng cách phổ biến tài nguyên nghiên cứu cho cộng đồng khoa học, chẳng hạn như dữ liệu, xét nghiệm và thuốc thử . Chúng tôi tin rằng dữ liệu proteomics cuối cùng có thể bổ sung cho các phân tích bộ gen và phiên mã để cải thiện chẩn đoán, điều trị và phòng ngừa ung thư.

Tuy nhiên, trước khi chúng ta thực sự có thể đi đến điểm đó, các thành viên CPTAC trước tiên phải chứng minh rằng các phương pháp proteomics là đáng tin cậy, có thể định lượng và có thể tái sản xuất.

Chương trình đầu tiên của CPTAC, từ năm 2006 đến năm 2011, tập trung vào việc tìm hiểu và giải quyết các nguồn lỗi thử nghiệm và phân tích trong các công nghệ proteomics hiện có. Việc tiêu chuẩn hóa các phương pháp proteomics đặc biệt quan trọng để đảm bảo rằng dữ liệu được tạo ra bởi các trung tâm mô tả đặc tính hệ protein khác nhau có thể tái tạo được và có thể được kết hợp thành một bộ dữ liệu nhất quán.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu CPTAC đã chứng minh thành công độ tin cậy của các phương pháp proteomics, họ đang theo đuổi một câu hỏi khó hơn: Giá trị sinh học hoặc lâm sàng của dữ liệu proteomics là gì?

Một thách thức đối với cả genomics và proteomics là tìm ra tín hiệu sinh học và lâm sàng trong kho tàng dữ liệu. Hãy tưởng tượng bạn đã xác định được 10.000 protein. Mặc dù phần lớn có liên quan về mặt sinh học, nhưng rất có thể một số ít sẽ có ý nghĩa lâm sàng. Làm thế nào để bạn chọn một số ít có liên quan đến lâm sàng? Tìm kim đáy bể hoặc khám phá ý nghĩa sinh học và/hoặc lâm sàng từ những bộ dữ liệu này là vai trò của các nhà sinh học ung thư, phối hợp với cộng đồng lâm sàng, trong những năm tới.

Tôi từng tin rằng việc sản xuất dữ liệu proteomics sẽ là phần khó nhất. Mặc dù quá trình sản xuất dữ liệu proteomics đã trở nên hiệu quả hơn nhiều, nhưng các nhà nghiên cứu mới chỉ bắt đầu trích xuất kiến thức từ dữ liệu đó. Nó rất phong phú, và có rất nhiều cách để xem xét nó. Tìm ra ý nghĩa sinh học và lâm sàng của tất cả dữ liệu này vẫn là một nghệ thuật hơn là khoa học. Bạn có thể có nhiều điều tra viên và mỗi người sẽ xem xét dữ liệu theo một cách khác nhau. Đó là vẻ đẹp của việc chia sẻ công khai dữ liệu nghiên cứu.

Định hướng tương lai cho CPTAC là gì?

CPTAC đã chứng minh rằng các phương pháp proteomics—phân tích khối phổ của các đoạn protein, các phương pháp tin sinh học để ghép các đoạn lại với nhau và các thử nghiệm nhắm mục tiêu dựa trên kháng thể để phát hiện các protein ở nồng độ thấp—là đáng tin cậy.

Trong dự án CPTAC thứ hai, các nhà nghiên cứu tại các trung tâm mô tả đặc tính proteomics đã mô tả toàn diện một tập hợp con các mẫu khối u ban đầu được đặc trưng về mặt di truyền bởi chương trình TCGA của NCI. Các nhà điều tra đã nghiên cứu ba loại ung thư (khối u đại trực tràng, buồng trứng và vú) và chứng minh thành công lợi ích khoa học của việc tích hợp nghiên cứu protein với bộ gen để tạo ra sự hiểu biết thống nhất hơn về sinh học khối u.

Ví dụ, trong một nghiên cứu được công bố vào năm ngoái trên tạp chí Nature , các nhà nghiên cứu CPTAC đã phân tích toàn diện các mẫu từ 95 khối u đã được các nhà nghiên cứu TCGA phân tích trước đó. Họ đã chứng minh rằng các phép đo RNA thông tin không dự đoán một cách đáng tin cậy sự phong phú của protein và xác định các mục tiêu điều trị khả thi cũng như năm loại phụ ung thư ruột kết, bao gồm một loại liên quan đến bệnh tiến triển nặng và kết quả lâm sàng kém.

Nhưng lời hứa thực sự của proteomics là áp dụng nó trong bối cảnh thử nghiệm lâm sàng, nơi bạn có các nhóm kiểm soát và điều trị. Các bác sĩ lâm sàng thường gặp những bệnh nhân không đáp ứng với điều trị trong các thử nghiệm lâm sàng theo cách họ dự đoán và các phân tích bộ gen thường không đủ để hiểu bức tranh đầy đủ về sinh học của bệnh ung thư.