Methoden für umfassenden markierungsfreien Peptidnachweis
Proteine werden aus 20 verschiedenen Aminosäuren zusammengesetzt, und ein einzelnes Protein kann ein Dutzend bis mehrere Tausend Aminosäuren kombinieren. Proteine werden in kürzere Fragmente, so genannte Peptide, unterteilt, die in der Regel aus etwa 15-20 Aminosäuren bestehen. Peptide haben sich als wichtige Werkzeuge erwiesen, um Funktion und Wechselwirkungen von Proteinen zu untersuchen. Nun entwickelten Forscher einen 1x2 cm großen Peptidchip, der bis zu 2 Mio. verschiedene Peptide nachweisen kann, sodass je nach Bedarf das gesamte Proteom von Menschen oder Pathogenen untersucht werden kann. Ziel des EU-finanzierten Projekts HIPAD (High-density peptide microarrays and high-throughput, label-free detection of peptides, modifications and interactions) war es, die Grenzen der Proteomik zu erweitern und verschiedene oder komplementäre neue markierungsfreie Detektionsplattformen mit hochdichten Peptid-Mikroarrays zu entwickeln und zu verbessern. So kann mit einer empfindlichen, hochauflösenden Methode die Identität, Qualität und Modifikation einzelner Komponenten eines Peptidmikroarrays bestimmt werden, was die Echtzeitüberwachung aller interagierenden molekularen Rezeptoren ermöglicht. Die Forscher integrierten einen Peptid-Chip in markierungsfreie Proteindetektionsverfahren wie MALDI-Bildgebung (Matrix-assistierte Laserdesorption/Ionisation), SPRI (Oberflächenplasmonenresonanztomographie) und MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren). Die Projektpartner untersuchten mittels Massenspektrometrie auch Peptide auf hochdichten Peptidchips, um native und oxidierte Peptide nachzuweisen, und entwickelten Verfahren für die automatisierte bioinformatische Analyse hochdichter Peptid-Array-Daten. Auf einem einzigen Chip gelang es, Proteome wie das des menschlichen Herpesvirus-5 vollständig darzustellen und damit B-Zellepitope aus menschlichen Seren wie auch MHC-Moleküle (Haupt-Histokompatibilitätskomplex) der Klasse I und II zu identifizieren, die an der immunspezifischen Abwehr viraler Angriffe beteiligt sind. Nanostrukturierte goldbeschichtete Chips wurden mittels SPRI-Technologie für die Produktion hochdichter Peptidarrays auf nanoplasmonischen Oberflächen hergestellt. Ein wichtiges Ergebnis ist eine PoC-Studie (Proof-of-Concept) für die SPRI-Analyse von Peptiden, die an MHC-Klasse-II-Interaktionen beteiligt sind, sowie MALDI-geeignete 3D-Hydrogel-Netzwerke. Auf dieser fundierten Basis wurden von einem KMU zwei Patente beantragt, und ein weiteres beteiligtes KMU realisierte die Markteinführung hochdichter Peptidarrays. HIPAD wird mit der Entwicklung kostengünstiger innovativer Plattformen die Hochdurchsatz-Proteomik enorm voranbringen und damit Anwendungen im wissenschaftlichen, pharmazeutischen, medizinischen, Lebensmittel-, Umwelt- und biowissenschaftlichen Sektor erschließen.
Schlüsselbegriffe
Peptide, Proteome, HIPAD, markierungsfrei, humanes Herpesvirus-5