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Plattform für Targeted Präzisions-Proteom Profiling
Was sind Proteom und Proteomprofile?
Das Proteom ist als die Gesamtheit aller Proteine definiert, die in den Genen eines Lebewesens kodiert sind. Beim Menschen umfasst das Proteom zumindest 20.000 nicht modifizierte („kanonische“) Proteine. Unter normalen physiologischen Bedingungen werden vom gesamten Proteom aber nur diejenigen Proteine exprimiert, die für die Ausführung der Organfunktionen zu einem bestimmten Zeitpunkt notwendig sind – so ergeben sich organspezifische Proteomprofile. Da diese Profile den physiologischen Zustand des jeweiligen Organs auf molekularer Ebene abbilden, verändert sich das Proteomprofil eines Organs im Zuge der Entstehung und des Fortschreitens einer Erkrankung und das bereits bevor sich Veränderungen der Organfunktion medizinisch nachweisen lassen. Einige dieser Proteine gelangen ins Blut und ermöglichen es so, den Verlauf einer Erkrankung im Blut nachzuweisen.
Analyse des Proteoms
Um einen Einblick in die molekularen Mechanismen einer Erkrankung zu erhalten, müssen Veränderungen im Proteom möglichst umfassend dargestellt werden. Das Proteomforschungslabor ist dazu mit einer auf Hochdurchsatz ausgelegten und auf Immuno-qPCR basierenden Analyseplattform ausgestattet. Diese Technik ermöglicht die zielgerichtete (engl. „targeted“), hochspezifische und hochsensitive simultane quantitative Messung von 92 Proteinen in 88 Proben. Diese 92 Proteine sind zu jeweils einem Panel zusammengefasst. Momentan sind 14 dieser Panels der Firma Olink Proteomics (Uppsala, Schweden) verfügbar, die somit 1.288 humane Proteine abdecken. Diese gliedern sich in 7 auf bestimmte Krankheitsbereiche (2 x Kardiologie, 3 x Onkologie, 2 x Neurologie) und 7 auf wichtige biologische Prozesse (Inflammation, Immunantwort, Zellregulation, Metabolismus, Kardiometabolismus, Entwicklung, Organschädigung) fokussierte Panels. Zudem ist ein Panel für die Bestimmung von 92 Mausproteinen verfügbar. Die messbaren Probenqualitäten umfassen dabei vor allem Blutplasma und -serum aber auch Urin, Liquor, Speichel, Synovialflüssigkeiten und Gewebelysate.
Das Proteomforschungslabor wurde von der Firma Olink Proteomics zur Durchführung der Analysen zertifiziert und ist als Shared Expertise (SE175) beim Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf Forschung e.V. registriert (https://dzhk.de/forschung/praeklinische-forschung/shared-expertise/).
Die Messung verschiedener dieser Panels ermöglichte bereits die Identifizierung von Protein-Biomarkern in den Bereichen venöser thromboembolischer Ereignisse, Herzinsuffizienz und Typ 2 Diabetes mellitus.
Technik
Die Proteinmessungen erfolgen auf Chips der Firma Fluidigm (Abbildung 1) mit integrierten Flüssigkeitskreisläufen (engl. „integrated fluidic circuits“ oder kurz IFC). Die Messung auf diesen Chips ermöglicht es, die Proteine in einer Ausgangsprobenmenge von nur einem Mikroliter (0,001 Milliliter) zu bestimmen.
Die außerordentlich hohe Spezifität der auf Immuno-qPCR basierenden Proteinbestimmungen ergibt sich aus der Notwendigkeit einer räumlichen Nahbindung von zwei verschiedenen Antikörpern an dasselbe Molekül eines Zielproteins ® Olink Proximity Extension Assay (PEA) Technologie (Abbildung 2). Beide Antikörper sind chemisch mit komplementären Oligonukleotiden verbunden, die sich aufgrund der räumlichen Nähe (engl. „Proximity“) verbinden (hybridisieren). Nur bei erfolgter Hybridisierung bilden sich durch eine enzymatische Verlängerung der Oligonukleotide (engl. „Extension“) proteinspezifische DNA-reporter Sequenzen, die durch Vervielfältigung (engl. „Amplification“) mittels qPCR detektiert werden. Aus dieser Vervielfältigung der Reportersequenzen ergibt sich die außerordentlich hohe Sensitivität der Bestimmung. Das resultierende Signal ist proportional zum Gehalt des jeweiligen Proteins in der Probe.
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