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Neue Methoden zur Quantifizierung der Aktivität des PI3K-Signalwegs

Die Forschungsstudie PI3K SYSTEMS BIOLOGY führte eine umfassende Analyse von Kinasesignalwegen durch, um den physiologischen wie auch pathologischen Zustand zu definieren. Mittels Hochdurchsatzanalysen von Phosphorylierungsstellen wurden mehrere Proteine untersucht, die dem Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K)-Enzym vor- oder nachgelagert sind.
Neue Methoden zur Quantifizierung der Aktivität des PI3K-Signalwegs
Die biotechnologische und pharmazeutische Industrie zeigt zunehmend Interesse an der Familie der PI3K-Proteine, da diese mit mehreren Krankheiten wie Krebs, Stoffwechselkrankheiten bzw. metabolischem Syndrom (etwa Diabetes) und Entzündungserkrankungen assoziiert werden.

Das EU-finanzierte Forschungsprojekt PI3K SYSTEMS BIOLOGY untersuchte daher biochemische Signalwege in der PI3K nachgeschalteten Kaskade in Zellen, die mit verschiedenen Kinaseinhibitoren behandelt worden waren. Eine detaillierte Charakterisierung der biochemischen Funktionen von PI3K im physiologischen und pathologischen Zustand könnte damit neue therapeutische Zielstrukturen ergeben.

Mit diesem Ziel wurden mittels modernster Massenspektrometrie gleichzeitig Tausende von Phosphorylierungsstellen an Proteinen detektiert und quantifiziert, was Aufschluss über die Kinasesignalgebung ermöglicht, ohne das System zu stören.

Nach Optimierung der biochemischen Extraktion zur Anreicherung von Phosphopeptiden wurde die Software für die Auswertung der massenspektrometrischen Daten entsprechend angepasst. Diese robuste, markerunabhängige Phosphoproteomik wurde an ein Spin-off-Unternehmen der Gastuniversität lizenziert, um sie für biotechnologische und pharmazeutische Akteure verfügbar zu machen.

Identifiziert wurden neue Phosphorylierungsstellen, die durch mehrere Inhibitoren für spezifische PI3K-Isoformen moduliert werden, sowie Stellen unterhalb der PI3K-Inhibitoren bei Leukämiepatienten. Wie sich zeigte, hängt die Reaktion der Krebszellen auf die Kinaseinhibitoren von der Aktivität des gesamten Kinasenetzwerks und nicht nur vom betreffenden Signalweg ab.

Messungen der Aktivitäten im Kinasesignalweg innerhalb des Netzwerks könnten die patientenspezifische Wahl der Therapieform für Krebspatienten erleichtern. Demonstriert wurde dieses Konzept an Phosphoproteomiksignaturen für primäre Leukämien, anhand derer die Sensitivität dieser Zellen auf PI3K-Inhibitoren vorhergesagt werden konnte.

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