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Deep Spatial Proteomics: connecting cellular neighbourhoods to functional states

Projektbeschreibung

Subzelluläre Proteome mit der Zellfunktion in Verbindung bringen

Zellen führen in subzellulären Regionen biochemische Reaktionen aus und stellen so die Effizienz und Regulierung der Zellfunktion sicher. Wie sich diese räumlich begrenzten Wechselwirkungen auf Gesundheit und Krankheit auswirken ist von entscheidender Bedeutung, denn Störungen können pathologische Zustände wie Krebs bedingen. Eine systematische Analyse dieser Wechselwirkungen auf Proteomebene ist jedoch schwierig. Im ERC-finanzierten Projekt Spatial Proteomics soll eine multimodale Strategie entstehen, bei der Immunfluoreszenz, maschinelles Lernen und Einzelzell-Massenspektrometrie kombiniert werden, um Proteomzustände in subzellulären Kompartimenten zu beschreiben. Die Forschenden setzen den Ansatz ein, um Zellen zu untersuchen, die wichtig für die Immunotherapie sind, um so Resistenzmechanismen zu erklären und prädiktive Biomarker zu finden. Die Technologie könnte über Krebs hinaus in anderen Proteomikanwendungen eingesetzt werden.

Ziel

Health and disease states result from dynamic cellular interactions within spatially defined regions in tissues and organs. In diseases such as cancer, these interactions are often disturbed, but their systematic analysis with respect to their impact on the proteome, a close proxy for cellular function, has so far remained elusive. To overcome this major bottleneck in molecular biosciences, I propose to develop and apply Deep Spatial Proteomics (DSP), a multimodal strategy, which for the first time will link distinct cellular neighbourhoods within biological samples to functional proteome states. DSP will combine multiplex immunofluorescence imaging and machine-learning driven cellular neighbourhood profiling with single-cell sensitivity mass spectrometry (MS) based proteomics. Our preliminary data support the feasibility and strong potential of DSP to uncover novel disease mechanisms, drug targets and predictive biomarkers. After development and rigorous benchmarking, we will apply DSP to an already available retrospective cohort of advanced head and neck squamous cell carcinoma, where response rates for anti-cancer immunotherapy are only below twenty percent. The correlation of cell states and spatial neighbourhoods with clinical outcomes will allow us to identify cell communities of highest likelihood to be critical for treatment response and hence patient survival. Through their functional characterisation by deep MS based proteomics, we will not only gain unique biological insights into immunotherapy resistance and potential therapeutic targets, but also identify predictive candidate markers to improve patient stratification. This new concept will have strong implications for basic and translational research, far beyond the study of cancer immunotherapy. DSP could pave the way for a plethora of spatial proteomics applications with countless opportunities for discovery-driven biomedical research.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

Schlüsselbegriffe

Programm/Programme

Thema/Themen

Finanzierungsplan

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung

(öffnet in neuem Fenster) ERC-2023-STG

Alle im Rahmen dieser Aufforderung zur Einreichung von Vorschlägen finanzierten Projekte anzeigen

Gastgebende Einrichtung

MAX DELBRUECK CENTRUM FUER MOLEKULARE MEDIZIN IN DER HELMHOLTZ-GEMEINSCHAFT (MDC)
Netto-EU-Beitrag
€ 1 470 851,00
Adresse
ROBERT ROSSLE STRASSE 10
13125 Berlin
Deutschland
Region
Berlin Berlin Berlin
Aktivitätstyp
Research Organisations
Links
Gesamtkosten
€ 1 470 851,00

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