Thema: Proteomik

Einführung

Proteomforschung wird erwachsen

Egal ob es um das Auffinden neuer, robuster Biomarker oder exklusiver Wirkstofftargets geht, die Analyse der in einer Zelle oder einem Gewebe versammelten Proteine ist zu einem zentralen Forschungsgegenstand geworden. Möglich gemacht wurde dies mit dem Aufkommen neuer Technologien wie der 2D-Gelelektrophorese oder der Massenspektrometrie. In der Folge wurde 1995 der Begriff „Proteom“ analog zum Genom, der Gesamtheit aller genetischen Informationen, geprägt. Erst im Sommer 2014 machten zwei Forschergruppen mit einer ersten experimentellen Bestimmung des Gesamtproteoms des Menschen auf sich aufmerksam, darunter die Freiburger Gruppe von Bernhard Küster (NATURE, doi:10.1038/nature13319). Beide Teams konnten jeweils circa 18.000 Proteine kartieren und damit etwa 90% der geschätzten Gesamtmenge aller menschlichen Proteine abdecken.

An Küsters Erfolg hatte auch die Heidelberger Cellzome GmbH ihren Anteil. Die Tochterfirma von GlaxoSmithKline (Großbritannien) hat sich auf die Analyse von molekularen Zielstrukturen und deren Interaktion mit Wirkstoffen spezialisiert. LABORWELT sprach mit Gerard Drewes, dem wissenschaftlichen Leiter Cellzomes, über ein aktuelles Projekt, das Cellzome mit Forschern aus Schweden und wiederum Küsters Freiburger Gruppe zum Abschluss gebracht hat. Durch das Erstellen von Schmelzkurven tausender Proteine in Ab- und Anwesenheit von Medikamenten gelang es den Proteomik-Experten, das Wirkungs- aber auch Nebenwirkungsprofil dieser Substanzen in nie zuvor erreichter Qualität zu bestimmen (siehe Seite XIV).

Mit der vorgestellten Methode können Drewes und sein Team derzeit 8.000 Proteine auf einen Schlag analysieren. Allerdings hofft er, diese Zahl noch steigern und alle etwa 15.000 Proteine einer Zelle erfassen zu können. Wenn von dem Proteom einer Zelle (15.000 Proteine) oder dem des Menschen (20.000) die Rede ist, sind zumeist physiologisch wichtige Varianten dieser Moleküle in den Zahlenangaben noch nicht enthalten. Durch alternatives Splicing und posttranslationale Modifikationen ist die Zahl tatsächlich vorkommender Proteine noch nicht bekannt. Schätzungen gehen von 100.000 bis zu zwei Millionen Spielarten aus. Um ein möglichst ganzheitliches Bild des Proteinnetzwerks zu bekommen, konzentriert sich Michael Hecker von der Universität Greifswald auf das Proteom von Bakterien. Zum einen fällt bei Prokaryoten das Splicing weg, zum anderen besitzen Bakterien insgesamt deutlich weniger Proteine als zum Beispiel menschliche Zellen.

In seinem Beitrag auf Seite VII arbeitet Hecker am Beispiel des als „Krankenhauskeim“ bekanntgewordenen Bakteriums S. aureusheraus, wie die Proteomik bei der Aufklärung der Pathophysiologie von Krankheitserregern helfen kann. Eine Standardmethode zur Ermittlung von Protein-Protein-, Protein-Peptid- oder auch Protein-DNA-Wechselwirkungen ist die Display-Technologie. Bei In-vivo-Display-Methoden wird eine Bibliothek von gentechnisch veränderten Phagen, Hefen oder Bakterien eingerichtet, die jeweils verschiedene Peptide oder Proteine auf der Oberfläche exprimieren.

Durch die Gabe auf immobilisierte Zielstrukturen kann so schnell derjenige Klonidentifi ziert werden, auf dessen Oberfl äche ein an das Ziel bindendes Peptid/Protein vorhanden ist. Darüber hinaus wurden auch In-vitro-Display-Varianten wie mRNA- oder Ribosome-Display entwickelt. Auf Seite XIX stellen die LABORWELT-Experten die neuen Trends dieses Forschungsfelds vor.

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1/2015

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