Neues Zeitalter der Proteomikforschung
Proteine sind die funktionellen Einheiten der Zellen und daher elementar für das Verständnis der zellulären Vorgänge bei Gesundheit und Krankheit. Die umfassende Erforschung und Charakterisierung einer großen Gruppe von Proteinen wird Proteomik genannt. Die proteomischen Ansätze der ersten Generation boten jedoch nur begrenzte quantitative Annotation ohne Informationen zur Proteinlokalisation. Das EU-finanzierte Projekt 'Proteomiks specification in time and space' (PROSPECTS) brachte führende Forschungsgruppen mit kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) zusammen, um ein gemeinsames Ziel zu verfolgen. Das Hauptziel des PROSPECTS-Konsortiums war die Verbesserung der bestehenden Technologie, um Proteinanalysen in Zeit und Raum zu ermöglichen. Die Projektpartner entwickelten leistungsstarke Instrumentation und setzten komplementäre Technologien wie die Massenspektrometrie, Cryo-Elektronenmikroskopie und Zellen-Imaging ein, um zeitliche und räumliche Dimensionen in ihre Analysen einzuarbeiten. Die Kombination von Massenspektrometrie mit Ultrahochdrucks-Flüssigkeitschromatografie verbesserte die Proteinprobenerfassung deutlich, indem die Empfindlichkeit und Geschwindigkeit für die Single-Shot-Analyse erhöht wurde. Des Weiteren ermöglichte die Eingliederung von optischen und Ionenstrahl-Methoden den Forschern, gefrorene, direkt auf Mikroskopie-Objektträgern kultivierte Zellen zu schneiden und ihr Proteom zu untersuchen. Das Schockgefrieren der biologischen Proben konservierte die Proteinintegrität und erleichterte die Analyse der makromolekularen Proteinkomplexe wie dem Proteasom. Ein wichtiger Teil der Projektarbeit war der Entwicklung mathematischer Computermodelle gewidmet, die zur Vorhersage der Zellfunktionen und der Protein-Interaktion in der Lage waren. Diese könnten die Störung der Proteine in Krankheitsverläufen beleuchten. Während der Proteomanalyse ist es gleichermaßen wichtig, dass Informationen über die subzelluläre Lokalisierung der Proteine ebenfalls extrahiert werden können. Zu diesem Zweck verwendete das PROSPECTS-Projekt die auf Massenspektrometrie basierende Technik von stabilen, isotopenmarkierten Aminosäuren. Die Wissenschaftler waren dadurch in der Lage, die Verteilung der Proteine in Zellmembran, Zytosol und Nukleus zu ermitteln. Analysen der Halbwertszeiten und Umsatzgeschwindigkeiten von über 5.000 Proteinen fügte die zeitliche Dimension zur Methode hinzu. Die komplementären Methodiken von PROSPECTS können eingesetzt werden, um die Auswirkungen von anomal gefalteten Proteinen auf das Proteom beleuchten, wie sie etwa in neurodegenerativen Krankheiten eine Rolle spielen. Die eingeführten experimentellen Arbeitsabläufe und die einzigartige Instrumentation wurden schnell kommerziell veröffentlicht, wodurch den biologischen und biomedizinischen Gemeinschaften die Möglichkeit gegeben wurde, beispiellose, ausführliche Proteomanalysen durchzuführen.
