Neues Forschungsgroßgerät ermöglicht den Blick auf die Gesamtheit von Proteinen in der Zelle

Sie arbeiten mit dem neuen Großgerät (von links nach rechts): Jun.-Prof. Dr. Timo Mühlhaus, Dr. Markus Räschle, Prof. Dr. Michael Schroda, Dr. Frederik Sommer und Prof. Dr. Zuzana Storchová. (Foto: Koziel/TUK)

Proteine erfüllen in unseren Zellen viele Funktionen: Sie sind an Stoffwechselwegen beteiligt, regeln den Nährstofftransport oder fungieren als Botenstoffe. Mit Hilfe von Massenspektrometern ist es heutzutage möglich, die Gesamtheit der Proteine, das Proteom, einer Zelle zu ermitteln. Diese Technik kommt auch an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) zum Einsatz. Für ein neues, besonders empfindliches und hochauflösendes Massenspektrometer haben der Bund und das Land Rheinland-Pfalz rund 800.000 Euro zur Verfügung gestellt. Das Großgerät hilft, die Rolle von bestimmten Proteinen bei verschiedenen Krankheiten wie Krebs besser zu verstehen, um etwa neue Therapien zu entwickeln.

In einer Zelle gibt es eine Vielzahl verschiedener Moleküle, wie etwa Proteine. Schätzungsweise  6.000 bis 7.000 unterschiedliche Proteine sind in einer menschlichen Zelle aktiv. Dank neuester Techniken ist es möglich, sie genau zu quantifizieren. An der TUK beschäftigt sich Professorin Dr. Zuzana Storchová mit dieser Thematik. Sie forscht schon lange auf diesem Gebiet. Sie hat unter anderem mit dem renommierten Münchner Protein-Experten Professor Matthias Mann und anderen Kollegen 2012 erstmals untersucht, welche Folgen es für Zellen hat, wenn einzelne Chromosomen vermehrt vorkommen. In gesunden menschlichen Zellen gibt es einen doppelten Chromosomensatz mit 23 Paaren. Bei Krebszellen beispielsweise sind oft andere Sätze zu finden. Das Team ist der Frage nachgegangen, wie ein Zuviel an genetischem Material die Menge der Proteine verändert.

„Solche Arbeiten helfen uns zu verstehen, welches Protein bei welcher Erkrankung eine veränderte Funktion aufweist. Daher ist es auch wichtig, die Proteome von gesunden und kranken Zellen zu vergleichen“, sagt Storchová, die im Lehrgebiet Molekulare Genetik forscht.

Mit der neuen Generation der Massenspektrometer ist dies möglich. „Wir können damit fast alle Proteine einer Zelle gleichzeitig analysieren“, fährt sie fort. Bei dieser Technik werden die Protein-Moleküle anhand ihrer Masse identifiziert und quantifiziert. Im Prinzip werden sie gewogen. Ähnlich wie bei einem Fingerabdruck besitzt jedes Molekül einen charakteristischen Wert.

Das Team um Storchová und ihren Forscherkollegen Dr. Markus Räschle beschäftigt sich unter anderem damit, wie sich das Proteom in Krebszellen von dem in gesunden Zellen unterscheidet. „Wir wollen verstehen, warum dort bestimmte Proteine häufiger vorkommen oder andere weniger“, sagt die Professorin. Mit dem neuen Großgerät können sie solche Schlüsselproteine einfacher aufspüren. Diese Grundlagen zu verstehen, ist wichtig, um in Zukunft neue oder bessere Therapien zu entwickeln.

Das neue Forschungsgroßgerät steht auf dem Kaiserslauterer Campus im Center for Mass Spectrometry-Analytics. Es wird von Professor Dr. Michael Schroda vom Lehrgebiet Biotechnologie und Systembiologie zusammen mit Professorin Storchová geleitet. Bei der Durchführung der hochkomplexen Experimente werden sie von Dr. Frederik Sommer und Dr. Markus Räschle unterstützt. Um die bioinformatische Analyse der gewonnen Daten kümmert sich die Gruppe des Bioinformatikers Juniorprofessor Dr. Timo Mühlhaus. Auch Arbeitsgruppen aus anderen Fachbereichen wie der Chemie steht das Labor offen. Mit dem Massenspektrometer lassen sich nicht nur Proteine erforschen, sondern auch andere Moleküle wie beispielsweise Lipide.