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ProteomeTools: Synthetische Peptide und Spektren für die Proteomforschung

Meilenstein für die Analyse menschlicher Proteome

Professor Bernhard Küster (Mitte), Daniel Paul Zolg und Mathias Wilhelm (l.) beim Erstellen der Substanzbibliothek PROPEL - ProteomeTools Peptide Library. (Foto: Andreas Heddergott / TUM)
Professor Bernhard Küster (Mitte), Daniel Paul Zolg und Mathias Wilhelm (l.) beim Erstellen der Substanzbibliothek PROPEL - ProteomeTools Peptide Library. (Foto: Andreas Heddergott / TUM)

Forschung

Unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) haben Wissenschaftler eine Bibliothek mit mehr als 330.000 Referenzpeptiden aufgebaut. Diese umfasst praktisch alle Proteine des menschlichen Proteoms. Das ProteomeTools-Projekt verfolgt das Ziel, die Informationen des menschlichen Proteoms in neue molekulare und digitale Werkzeuge zu übertragen. Diese sollen unter anderem in der Arzneimittelforschung und dem Bereich der personalisierten Medizin zur Anwendung kommen.

In einer in Nature Methods online veröffentlichten Arbeit berichten die Wissenschaftler des ProteomeTools-Projekts (www.proteometools.org) unter Leitung von Professor Bernhard Küster vom Lehrstuhl für Proteomik und Bioanalytik der TUM über die Erstellung einer Substanzbibliothek, die mehr als 330.000 Referenzpeptide umfasst. Diese wird kurz PROPEL genannt, was für ProteomeTools Peptide Library steht. „Alle Proteine des menschlichen Proteoms sind darin zum aktuellen Zeitpunkt abgebildet“, sagt Professor Küster.

Ferner wurden die Peptide für den aktuellen Stand des ProteomeTools-Projekts mittels multimodaler mit Flüssigchromatographie gekoppelter Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) analysiert. „So ist eine Sammlung aus Millionen Referenzspektren mit sehr hoher Qualität entstanden“, erklärt Küster, Koordinator des Projekts  – „wir nennen sie PROSPEC – das ist eine Abkürzung von ProteomeTools Spectrum Compendium.“

„Durch die Darstellung des menschlichen Proteoms über synthetische Peptide werden einige der aktuellen Probleme mit der Identifizierung und Quantifizierung von Proteinen gelöst“, erklärt Küster. Mit den nun in diesen Bibliotheken enthaltenen Daten können Wissenschaftler – etwa aus der Medizinforschung – systematisch das Vorhandensein einzelner Proteine in menschlichen Proben auch bei schwacher Datenlage verifizieren. Daneben können sie Vorhersagen darüber treffen, wie sich Peptide während der Flüssigchromatographie und Tandem-Massenspektrometrie verhalten und dadurch neue Messmethoden für „schwierige“ Proteine aufbauen.

Daten für die globale Wissenschaftsgemeinschaft frei verfügbar

"ProteomicTools begann als Gemeinschaftsprojekt, das Partner aus Wissenschaft und Industrie zusammenbringen sollte, um im Bereich der Proteomanalyse wichtige Fortschritte anzustoßen“, erklärt Professor Bernhard Küster. Das Konsortium aus TUM, JPT Peptide Technologies (JPT), SAP und Thermo Fisher Scientific stellt daher die enorme Datenmenge des Projekts der Wissenschaftsgemeinschaft über die Datenanalyseplattform ProteomicsDB (www.proteomicsdb.org) und das Archiv PRIDE (www.ebi.ac.uk/pride) frei zur Verfügung, um Wissenschaftler zu unterstützen und die weltweite Zusammenarbeit im Gebiet der Proteomik zu fördern.

Neuentwicklung und Verbesserung bestehender Hardware und Software

„Die Bibliotheken von Peptiden und Spektren des ProteomeTools-Projekts ermöglichen uns nun, neue und verbesserte Geräte, Software und Arbeitsabläufe für die Proteomik zu entwickeln“, sagt Küster. Die Anwendung der Proteomik sowohl in der Wissenschaft als auch in der Medizin könne dadurch substantiell verbessert werden.

Datenpool wird am Ende über eine Million Referenzpeptide enthalten

Im weiteren Verlauf wird das ProteomeTools-Projekt insgesamt mehr als eine Million Peptide sowie die entsprechende Spektren erzeugen. Dabei liegen die künftigen Schwerpunkte auf Krebsmutationen und durch post-translationale Modifikationen veränderte Proteine wie etwa der Phosphorylierung. Derartige Veränderungen beeinflussen oftmals die Funktionsweise von Proteinen und können zu verschiedenen Erkrankungen führen.

"Die Bereitstellung aller Daten für die Öffentlichkeit bietet eine ausgezeichnete Gelegenheit für eine Nutzung dieser Quelle, die weit über die Möglichkeiten eines einzelnen Labors hinausgeht“, sagt Koordinator Küster. „Wir ermuntern jetzt die globale Forschungsgemeinschaft, uns weitere, biomedizinisch interessante Peptidsätze vorzuschlagen oder LC-MS/MS-Daten auf Plattformen zu erzeugen, die dem ProteomeTools-Konsortium bislang nicht zur Verfügung stehen."

Das dreijährige Kooperationsprojekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie von JPT Peptide Technologies, SAP, Thermo Fisher Scientific und der TUM gefördert.

Publikation:

Daniel P. Zolg, Mathias Wilhelm, Karsten Schnatbaum, Johannes Zerweck, Tobias Knaute, Bernard Delanghe, Derek J. Bailey, Siegfried Gessulat, Hans-Christian Ehrlich, Maximilian Weininger, Peng Yu, Judith Schlegl, Karl Kramer, Tobias Schmidt, Ulrike Kusebauch, Eric W. Deutsch, Ruedi Aebersold, Robert L. Moritz, Holger Wenschuh, Thomas Moehring, Stephan Aiche, Andreas Huhmer, Ulf Reimer and Bernhard Kuster: Building ProteomeTools based on a complete synthetic human proteome, Nature Methods, 01/2017.
DOI: 10.1038/nmeth.4153

Fotos in hoher Auflösung zur Veröffentlichung mit dieser Pressemitteilung

Kontakt:

Technische Universität München
Lehrstuhl für Proteomik und Bioanalytik
Prof. Dr. Bernhard Küster
Tel.: +49 8161 71 5696
kuster@tum.de