Quantitative Proteomik: Wieviele Eiweißstoffe bilden ein Team?

25.01.2010: Identität, Konzentration und das Mengenverhältnis der interagierenden Partner eines Proteinkomplexes genau zu bestimmen, ist äußerst wichtig, um Zellfunktionen zu verstehen und um Krankheitsprozesse aufzuspüren. Auf diesem Gebiet ist nun im Rahmen der Österreichischen Proteomik Plattform APP, die von der CEMIT Center of Excellence in Innsbruck gemanagt wird, ein wichtiger Fortschritt gelungen: Die Wissenschaftler Karl Mechtler und Johann Holzmann am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien haben ein neues Verfahren der „Quantitativen Proteomik“ entwickelt, mit dessen Hilfe sich die absolute Konzentration und das Mengenverhältnis von Proteinkomplexen genau analysieren lässt .

Die Proteomik bedient sich der Massenspektrometrie, um Proteine anhand charakteristischer Zerfallsmuster zu identifizieren. Dabei werden Protein-Bruchstücke im Massenspektrometer nach ihrem Verhältnis von Masse zu Ladung aufgetrennt und eindeutig identifiziert. Per se ist die Massenspektrometrie daher eher ein qualitatives Analysewerkzeug. Zur absoluten Mengenbestimmung ist sie dann sehr gut geeignet, wenn Vergleichs-Proben mitgemessen werden, deren Menge und Zusammensetzung genau bekannt sind. Solche Mischungen aus markierten (und dadurch von der Messprobe eindeutig zu unterscheidenden) Standard-Peptiden in exakt gewünschter Zusammensetzung herzustellen, war bisher ein teures und zeitintensives Unterfangen.

Die am IMP tätigen Wissenschafter haben nun ein neuartiges Verfahren entwickelt, welches für die Herstellung der notwendigen Standards eine große Vereinfachung und Kostenersparnis darstellt und zusätzlich die Genauigkeit der Messung erhöht. Somit kann die quantitative Analyse ganzer Proteinkomplexe wesentlich effizienter durchgeführt werden. Dieses Verfahren haben sie in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern vom CD-Labor für Proteom-Analyse und dem Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) an einem wichtigen und bekannten Proteinkomplex namens MP1-p14 erfolgreich getestet.

MP1-p14 ist ein lebenswichtiges „Duo“ aus den beiden Proteinen MP1 und p14. Mausembryos, denen dieser Proteinkomplex fehlt, sterben bereits früh in der Embryonalentwicklung. Die Aufgabe des Duos ist es, zelluläre Signale, die Zelltod oder Zellwachstum auslösen, zu modulieren. Diese Signale werden von „Informations- oder Signal-Proteinen“ übertragen, den Kinasen. Da es nur eine begrenzte Anzahl von Kinasen gibt, entscheidet ihr räumliches und zeitliches Zusammentreffen über die Art der Information - ganz ähnlich wie aus einer beschränkten Anzahl von Buchstaben unbegrenzte Sinnzusammenhänge vermittelbar sind.

Gerüst- und Adapterproteine stellen Kinasen am richten Ort in der Zelle zu den jeweils erforderlichen Teams zusammen. MP1-p14 übernimmt diese Aufgabe für die MAP-Kinase-Signalkette, die auch an der Entstehung vieler Tumore beteiligt ist. Daher haben Mechtler und sein Team diesen wichtigen Proteinkomplex zum Test ihres neuen quantitativen Proteomik-Verfahrens ausgesucht.