Durchbruch bei der Bestimmung von Proteinzusammensetzungen
23.05.2024
Im menschlichen Körper gibt es viele Tausend Proteine. Diese riesigen Moleküle haben verschiedene essenzielle Funktionen im Körper. Fehlfunktionen wichtiger Proteine – beispielsweise aufgrund genetischer oder umweltbedingter Faktoren – können eine Reihe menschlicher Krankheiten wie Krebs oder Alzheimer verursachen und sind daher besonders für die Entwicklung neuer Medikamente relevant.
Die Rolle vieler Proteine ist jedoch noch unbekannt, und deswegen müssen Forschende neue Instrumente für ihre Untersuchung entwickeln. Wie Musiker:innen in einem Orchester können die meisten Proteine ihre Aufgabe nur als Teil eines Protein-Ensambles erfüllen, und genau wie bei den Mitgliedern eines Orchesters wirkt sich eine zu geringe oder falsche Anzahl von Proteinen negativ auf das Endergebnis aus. Die Bestimmung der Struktur einer unbekannten Proteinzusammensetzung ist normalerweise ein schwieriger und zeitaufwändiger Prozess.
Nun hat ein Team unter der Leitung von Professor Dr. Frederik Lermyte vom Fachbereich Chemie der TU Darmstadt mit beteiligten Wissenschaftler:innen aus Deutschland, China und den USA eine Methode entwickelt, mit der solche Untersuchungen erheblich beschleunigt und im Prinzip in wenigen Minuten durchgeführt werden können. Die Ergebnisse wurden nun in einem Artikel in der renommierten Fachzeitschrift Nature Methods veröffentlicht. Möglich macht dies Massenspektrometrie, die im Prinzip eine Waage für Moleküle ist. Im Gegensatz zu den meisten Massenspektrometrie-Experimenten wurden die Messungen so durchgeführt, dass ganze Proteinverbände erhalten blieben, die dann im Massenspektrometer kontrolliert zerlegt wurden. Auf diese Weise war es möglich sowohl das intakte Ensamble als auch jede einzelne Komponente zu wiegen. So konnten die Forschenden berechnen, wie viele Kopien von jeder Komponente vorhanden waren. Ein Computer suchte dann in einer Datenbank nach den Merkmalen der getrennten Komponenten, was die detaillierte Identifizierung einer Reihe von Proteinzusammensetzungen in einer einzigen Messung ermöglichte, ohne dass zu Beginn des Experiments irgendwelche Informationen erforderlich waren.
„Wir waren erstaunt, wie einheitlich diese Methode zur schnellen Identifizierung von Proteinen und Komplexen in den verschiedenen beteiligten Laboren funktionierte", sagt Frederik Lermyte. „Das war ein großartiges Beispiel für internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit, und wir hoffen, dass die von uns entwickelten Werkzeuge die biologische und biomedizinische Forschung weltweit beschleunigen werden.“
Lermyte/mho