Thema:

Interview

Krebszellproteom legt Basis für Stratifizierung

Neue Technologieentwicklungen in der Proteomanalyse eröffnen immer mehr eine umfassende Analyse krankheitsrelevanter Proteine. Für die Krebszelllinien des NCI-60-Zelllinien-Panels legte Mitte August eine Gruppe um Professor Bernhard Küster von der Technischen Universität München die bislang umfassendste Proteom- und Kinomanalyse vor (Cell Reports, 4, S. 609-620) . LABORWELT sprach mit Küster über die Ergebnisse, ihren Nutzen für die Forschung und Arzneimittelentwicklung und das Potential der Massenspektrometrie-basierten Proteomanalyse.

Bernhard Küster

LABORWELT:

Was bringt die Proteomanalyse von Krebszelllinien an Neuem für die Arzneimittelentwicklung verglichen mit den bisher verbreiteten Untersuchungen auf DNA- und RNA-Ebene?

Küster:

Es wird niemand bestreiten, dass die Genomanalytik maßgeblich für die Analyse krebsrelevanter Mutationen oder Genverdopplungen ist. Die Arzneimittel selbst aber wirken auf Proteine, nicht auf Gene oder Transkripte. Das heißt, wenn man die Proteine misst, misst man das, was man später auch therapiert. Die Proteomanalyse bietet zudem Einblick in das Geschehen der Regulation der Proteinaktivität, zum Beispiel über posttranslationale Modifikationen. 

LABORWELT:

Sie haben die Krebszelllinien des NCI-60-Panels analysiert. Was sind die wichtigsten neuen Erkenntnisse?

Küster:

Wir haben das Kernproteom der Krebszellen identifiziert, das heißt die gut 5.000 gemeinsamen „housekeeping“-Proteine, die eine Krebszelle für alle überlebenswichtigen biologischen Funktionen braucht. Daneben gibt es einen ganz erheblichen Teil des Proteoms, der zelltypspezifisch ist. Diese Information über die Organzugehörigkeit einer Krebszelle ist nützlich, weil ja viele dieser Zelllinien im Labor als Modelle genutzt werden.

Ein für uns sehr interessantes Ergebnis im Vergleich zu den mRNA-Expressionsprofilen ist auch, dass die proteomischen Profile wenigstens genauso aussagekräftig waren. Das heißt also, dass wir qualitativ mindestens genausogut auf der funktionell relevanten Proteomebene arbeiten wie auf dem RNA/Transkript-Niveau. Die Zeiten, in der die Proteomanalytik nur an der Oberfläche blieb, sind damit vorbei. Das ist methodisch ein großer Schritt nach vorn und ist bedingt durch den Fortschritt der Massenspektrometrie in den vergangenen zwei bis fünf Jahren. 

LABORWELT:

Wie sind Sie methodisch vorgegangen? 

Küster:

Wir haben Gesamtextrakte der 59 Krebszelllinien gemacht und diese, ganz klassisch, über ein 1D-Gel getrennt und über reverse phase LC-MS/MS gereinigt und analysiert. Was wir „Deep Proteomes“ nennen, ist im Grunde dasselbe, nur haben wir dazu ein Massenspektrometer der neuesten Generation eingesetzt. Der dritte von uns genutzte Ansatz diente dazu, krebsrelevante Kinasen zu analysieren. Als ich vor einigen Jahren noch für die Cellzome AG tätig war, haben wir dazu ein Affinitätsreagenz namens Kinobeads entwickelt. Das sind auf Beads immobilisierte Kinase-Inhibitoren, mit denen wir Kinasen aus Zelllinien isolieren können. In dieser Studie waren es 375 der insgesamt 500 Kinasen der Zelle.

Die Methode gestattet einen Einblick in ein pharmakologisch sehr relevantes Subproteom, das mit den klassischen Shotgut-Proteomics-Methoden wegen des großen dynamischen Bereiches der Proteinexpression – also der höchst unterschiedlichen Mengen an Proteinen in der Zelle – heute noch nicht analysiert werden kann. Wir konnten eine ganze Reihe krebsrelevanter Kinasen nur identifizieren, weil wir dieses biochemische Anreicherungsverfahren angewendet haben.

LABORWELT:

Ermöglichen die identifizierten Protein-und Kinasepanel eine Vorhersage über das Ansprechen auf Krebstherapeutika?

Küster:

Ja, das war unter anderem ein Grund, weshalb wir das NCI-60-Krebszellpanel des National Cancer Institutes untersucht haben. Denn es gibt dazu eine große Anzahl systematischer Untersuchungen, unter anderem auch über die Sensitivität der Zelllinien gegenüber 108 zugelassenen Krebsmedikamenten auf das Wachstum dieser Zellen. Das haben wir mit den Proteinmengen der gebildeten Krebsproteine korreliert und konnten Gruppen von Proteinen identifizieren, mit denen sich das Ansprechen oder Nichtansprechen der Zelllinien beschreiben lässt. Das sind perspektivisch genau solche Proteine, die sich als molekulare Stratifizierungs- oder womöglich sogar Therapiemonitoring-Biomarker eignen könnten. Die markergestützte Patientenauswahl ist auch für Pharmafirmen interessant, ebenso wie die Identifizierung von Proteinmustern, die auf eine Medikamentenresistenz hinweisen.

LABORWELT:

Wie steht es mit der Anwendung Ihrer Ergebnisse?

Küster:

Interessant wird es, wenn es gelingt, das Verhalten dieser Signaturen in echten Tumoren zu untersuchen und diese, wie gesagt, etwa mit dem Ansprechen auf Pharmazeutika zu korrelieren. Solche Arbeiten sind bei uns in der Planung. Dazu muss aber zunächst der Zugriff auf ausreichend geeignetes klinisches Material gesichert werden, um zu statistisch relevanten Ergebnissen zu kommen.

Wir befinden uns aber noch eindeutig im Bereich der Grundlagenforschung. Denn was die aufgefundenen Biomarker aussagen können, muss erst noch in viel größeren Studien überprüft werden. Hier hat sich die Denkweise geändert. Wo es vor zehn Jahren schnell hieß, wir haben einen Biomarker identifiziert, werden Kandidaten heute einer notwendigen und kritischen Prüfung unterzogen. Nichtsdestrotrotz stehen bereits einige Proteinbiomarker vor der FDA-Zulassung.

Prof. Dr. Bernhard Küster 
Leiter des Lehrstuhls Proteomik und Bioanalytik an der TU München, Mitgründer und Direktor des „Bavarian Biomolecular Mass Spectrometry Center (BayBioMS)“
kuster[at]tum.de

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4/2013

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