Was heißt Proteomics? Wieso benutzen Biologen Massenspektrometer? Was sind post-translationale Modifikationen und wozu muss man die überhaupt messen. Erster Tag auf der Interaction Proteome Summer School in Spetses: “From Functional Proteomics to Systems Biology”.

Ich bin gerade auf Spetses bei der Summer School “From Functional Proteomics to Systems Biology”. Spetses ist eine griechische Insel, jedoch macht die Summer School ihrem Namen bisher in keinster Weise Ehre. Sprich: Es pisst. Das ist nicht weiter schlimm, da ich am Sonntag noch mit einem Kollegen die Insel per Vespa erkundet habe, und mich jetzt sowieso nur noch zwischen Vorträgen, Poster Sessions und Buffet hin und her bewege.

Proteomics also. Proteomics beschäftigt sich mit der Analyse von Proteingemischen aus biologischen Proben. In einer Zelle gibt es ja tausende von unterschiedlichen Proteinen, die meisten davon werden dynamisch gebildet, wieder abgebaut und modifiziert. Irgendjemand hat mal gemeint, Proteine seien die Software der Zelle. Der Vergleich hinkt, aber irgend eine Analogie muss ich hier ja bringen, und wenns hilft…

Gestern war der erste Tag, es war sehr Massenspektrometrie-lastig, und das wird hoffenlich auch so weiter gehen. Kurz zur Erklärung: Massenspektrometrie (MS) ist eine eigentlich schon relativ alte Methde der analytischen Chemie, um das genaue Molekulargewicht und die Zusammensetzung von chemischen Verbindungen zu bestimmen. Seit etwa 20 Jahren wird MS auch auf für Proteine benutzt und die Technik hat gerade nicht nur eine Renaissance, sondern eine absolute Blütezeit.

Moderne Massenspektrometer mit vorgeschalteten Chromatographiesysthemen können für die Identifizierung und Quantifizierung von Proteinen und komplexen Proteingemischen eingesetzt werden, wobei die quantititativen Methoden alle in den letzten fünf Jahren entwickelt wurden. Zu quantitativen Proteomics mehr im Laufe der Woche, gestern gings um einen Teilaspekt: Post-translationale Modifikationen von Proteinen.

Die wohl häufigsten Modifikationen von Proteinen und wahrscheinlich physiologisch relevantesten, sind Phosphorylierungen. Proteine werden dabei in der Zelle an bestimmten Aminosäuren, meist Serin, Threonin und Tyrosin, durch sogenannte Kinasen mit Phosphatresten versehen. Sinn und Zweck dieser Übung ist es, zelluläre Vorgänge, wie zum Beispiel die Signaltransduktion zu regulieren. Meist sind es hoch komplexe Signalkaskaden und Signalnetzwerke, die durch die spezifische Modifikation einzelner Aminosäuren transient moduliert werden. Weiter haben post-translationale Modifikationen und die dahinter stehenden Kinasen eine große Bedeutung beim Verständnis von Krebs, wenn sich also Zellen unkontrolliert teilen und Gewebegrenzen überschreiten.

Durch einerseits einer spezifischen Anreicherung dieser sogenannten Phosphopeptide, also von Proteinfragmenten mit einer post-translationalen Modifikation in Form einer Phosphorylierung, durch Titandioxid, und andererseits einer Reduktion der Komplexität der Proben durch spezielle Chromatographiemethoden, wird es möglich, solche physiologischen Modifikationen zellulärer Proteine zu beobachten und zu messen. Eine weitere, wichtige Rolle spielt die unglaubliche Weiterentwicklung der Genauigkeit, Sensitivität und Auflösung moderner Massenspektrometer.

Das ist High-End Biologie, und besonders schön war, zu sehen, dass die Talks nicht auf technische Aspekte der Methoden beschränkt waren, sondern tatsächlich neue Daten präsentiert, und somit neues Wissen generiert wurde. Zum Beispiel im Talk von Jesper Olsen die genaue Analyse von Phosphorylierungsmustern entlang des Zellzyklus.

Fotos: Oben: Blick aus meinem Hotelfenster. Spetses bei Regen. Unten: Hafen von Spetses.

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