Markierungsfreie Abbildung von Biomolekülen in Hirngewebe
Bildgebende Massenspektrometrie ermöglicht die markierungsfreie Detektion und Abbildung einer breiten Palette biologisch relevanter Substanzen. Bei dieser Methode wird die normalisierte Abweichung von einem Referenzwert gemessen. Eine relative Quantifizierung von Arzneimitteln ist möglich, wenn die MS-Response-Faktoren (Verhältnis von Analyt und Signal zur Menge des Analyten) bekannt sind. Bislang konnte die MS-Response für jedes einzelne Peptid oder Protein jedoch nicht im Vorfeld ermittelt werden. Das EU-finanzierte Projekt ENIGMAS (Explicitly normalized imaging mass spectrometry) widmete sich nun dieser größten Hürde bei der klinischen Anwendung der leistungsfähigen Technik. In einer bahnbrechenden Forschungsarbeit wurde ein Verfahren zur expliziten Normalisierung eines jeden in MS-Experimenten nachgewiesen Peptids entwickelt. An einem kürzlich vorgestellten Mausmodell wurde die SILAC-Methode (stabile Isotopenmarkierung von Aminosäuren in Zellkultur) demonstriert. Die SILAC-Technik zur quantitativen MS-basierten Proteomik kultiviert Zellen in identischen Medien, wobei nur die verwendeten Aminosäuren verändert werden: zum einen unmarkierte Aminosäuren, zum anderen Aminosäuren (in der Regel Lysin) in markierter Form. Beim Mausmodell wird das markierte Lysin in das Futter gemischt. Mit dieser Technik konnte der Referenzwert bei der Maus etabliert werden, indem alle 12C6-Lysinreste durch 13C6-Lysin ersetzt wurden. Der Trypsinverdau des SILAC-Proteinextrakts erzeugte tryptische Peptide mit einem einzelnen 13C6-Lysin. Der Verdau auf normalem Mausgewebe erzeugte 12C6-Lysin-haltige Peptide. Diese wurden mit dem Standard verglichen, sodass Bilder aller tryptischen Peptide anhand ihrer eigenen isotopenmarkierten Analoga normalisiert werden konnten. Neben Methoden der Probenvorbereitung richtete ENIGMA auch eine umfassende Datenbank zu Peptiden und Proteinen aus MS-Schnitten von Gewebe aus Mausgehirnen ein, ergänzt durch eine automatisierte bioinformatische Analyse-Pipeline. Die Technologie wurde dann angewendet, um räumliche und zeitliche Veränderungen der biomolekularen Gehirnstruktur am Mausmodell für Migräne zu untersuchen. Die neue MS-Methode ist von enormer Bedeutung zur Forschung an Tiermodellen für neurologische Erkrankungen. Das Zusammenführen von Imaging-Datensätzen mit einem genomweiten, hochauflösenden Atlas der Genexpression kann die Funktionen noch erweitern, indem sie mit molekularbiologischen Veränderungen der Genexpression verknüpft werden.
