Molekulare Phänotypisierung der Maus – MS-Assays ersetzen erfolgreich bisherige Immunassays

Für neue Erkenntnisse über Gesundheit und Krankheit, neue Behandlungsansätze und die Medikamentenentwicklung müssen die Modelle validiert und charakterisiert werden. Dazu bestimmt man in der Wissenschaft üblicherweise die Konzentration einer Vielzahl von Proteinen in den Bioflüssigkeiten und Geweben von Mäusen. Meist kommen hier sogenannte Immunassays zum Einsatz, die aber nur limitierte Aussagen über einzelne Proteine in einer Probe zulassen. Forscher:innen am ISAS, der University of Victoria und der McGill University in Kanada ist es beim Projekt ‚Qualitative Proteomanalyse am Mausmodell‘ gelungen, Immunassays im Labor und in der Klinik erfolgreich mit massenspektrometrischen Assays (MS-Assays) zu ersetzen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Proteinphänotypisierungstechniken lässt sich die MRM-Massenspektrometrie hochgradig parallelisieren, ohne bei der Spezifität oder quantitativen Präzision einzubüßen. Um das Wissen über reguläre Proteinkonzentrationen in Mausgeweben zu erweitern, war das Ziel dieses Projekts die Entwicklung von MS-Assays für 3.000 Proteine in 20 Mausgeweben. Außerdem entwickelten die Wissenschaftler:innen einfach zu handhabende, quantitative Proteomic Kits für 20 verschiedene Mausgewebe, die sie inzwischen weltweit anbieten. Zusätzlich stellten sie Interpretationshilfen für die Ergebnisse bereit. „Damit wollen wir die wissenschaftliche Reichweite erhöhen, um schließlich eine tiefgehende molekulare Phänotypisierung von Mäusen sowie ein detailliertes und vollständiges Bild der gesamten Proteinpalette im Genom zu erhalten“, erläutert Prof. Dr. Christoph Borchers von der medizinischen Fakultät der McGill University.

Während des Projekts (Juli 2016 bis Ende 2019) analysierten die Wissenschaftler:innen Proben von 20 Geweben jeweils sechs männlicher und weiblicher Tiere aus drei Stämmen. Insgesamt führten sie 5.182 Messungen in allen Geweben durch, was 1.691

einzigartigen Proteinen, also Proteinen, die nur in der Spezies Maus vorkommen, entspricht. Im ersten Schritt identifizierten sie 9.601 einzigartige Proteine in 42 Geweben. Forscher:innen am ISAS synthetisierten Standards für 3.932 Peptide, die 1.199 Proteinen entsprechen. Im zweiten Schritt entwickelten sie 2.838 Assays, was 1.023 einzigartigen Proteinen für Thrombozyten, Herz, weißes Fett, Serum und mitochondriale Proteine enspricht. Zusammengenommen haben die Wissenschaftler:innen in Dortmund und Montreal das Projektziel, 3.000 Proteinassays zu entwickeln, mit insgesamt 9.765 Assays übertroffen.

Um die große Menge an Daten, die während dieses Projekts generiert wurden, zu speichern und darzustellen, haben die Wissenschaftler:innen eine spezielle Datenbank entwickelt. Die Quantitative Mouse Proteomics Knowledgebase enthält die gemessenen Konzentrationswerte und zugehörige Informationen. Die Wissensdatenbank ist so konzipiert, dass sie sich einfach ergänzen lässt, wenn Ergebnisse zu neuen Proteinen, Geweben oder Stämmen aus nachfolgenden Analysen hinzukommen. Nutzer können alle Daten filtern, um sich beispielsweise auf eine bestimmte Gruppe

Prof. dr. Christoph Borchers widmet sich der verbesserung, Entwicklung und Anwendung von Proteomics-Technologien. Schwerpunkt seiner Forschung sind Techniken für quantitative gezielte Proteomics für die klinische diagnostik.

»Die gemessenen Proteinkonzentrationen sind eine wertvolle Ressource für internationale Forscher:innen, die mithilfe unserer Mausmodelle komplexe biologische Prozesse verstehen wollen.«