Novembre Dicembre 2020

Application of proteomics and metabolomics to study inherited kidney disorders: from big data to precision medicine

Abstract

The recent application of proteomics and metabolomics to clinical medicine has demonstrated their potential role in complementing genomics for a better understanding of diseases’ patho-physiology. These technologies offer the clear opportunity to identify risk factors, disease-specific or stage-specific biomarkers and to predict therapeutic response. This article is an overview of the recent insights obtained by metabolomic and proteomic studies in inherited kidney disorders. Proteomics studies have allowed the definition of a detailed picture of protein composition, post-translational modifications and interactions in kidney-derived samples, improving our understanding of renal physiology, especially of tubular transport and primary cilium-related functions. Studies on patients’ urine samples and experimental models of inherited kidney diseases have provided clues suggesting novel potential pathological mechanisms and biomarkers of disease, for example in polycystic kidney disease. Metabolomic-based studies have been recently applied to assess biological system disturbances caused by specific genetic mutations resulting in inherited kidney disorders. These studies have been mainly carried out on mouse and rat models of cystic and metabolic disorders (such as Fabry disease), and on patients’ urine samples. They have provided a significant contribution in understanding disease pathophysiology, promoting the discovery of aberrant biochemical pathways and contributing to the development of targeted therapies.

 

Keywords: proteomics, metabolomics, inherited kidney disorders, ciliopathies, tubulopathies, Fabry disease

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Introduzione: le scienze “omiche”

Le scienze “omiche” sono discipline che permettono di indagare le diverse classi di componenti biologiche (geni, trascritti, proteine e metaboliti) di un organismo, di un tessuto, di un campione biologico, nella loro globalità (Figura 1). Esse comprendono: la genomica, lo studio dell’intero set di geni; la trascrittomica, lo studio dei livelli di mRNA; la proteomica, lo studio della traduzione proteica, inteso come l’intero set di proteine (proteoma); la metabolomica, lo studio del metaboloma, definito come l’insieme di metaboliti (piccole molecole con peso molecolare <1,5 kDa) [1,2]. I diversi livelli funzionali analizzati dalle scienze “omiche” sono integrati tra loro nel contesto della systems biology, un innovativo approccio allo studio dei sistemi biologici che si affianca all’approccio ‘’riduzionistico” della biologia tradizionale. La consapevolezza che un sistema biologico sia maggiore della somma delle sue parti e che il suo funzionamento non possa essere rispecchiato dalla funzione di un singolo componente ha promosso l’avvento di strategie di studio di tipo “olistico”. Questo nuovo approccio non sostituisce ma integra la biologia tradizionale, fornendo una visione globale di un sistema biologico o di un organismo. 

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