Name F. Kraus 2019-12
Proteomik
Proteom =? Gesamtheit aller Proteine der Zellen eines Organismus zu einem bestimmten Zeitpunkt.
- Das Proteom ist im Gegensatz zum Genom eher dynamisch und ständig Veränderungen (z.B. durch Umweltfaktoren, Alter, etc.) unterworfen, welche zu einer Beeinflussung der Proteinausstattung führen. Die Proteinausstattung ist entsprechend der jeweiligen Zielfunktion von Zelltyp zu Zelltyp verschieden.
- Dies trifft für die die Individualentwicklung von Organismen zu, wie z.B. beim Mensch
- Ermöglicht durch das alternative Spleißen und die posttranslationale Modifikation von Proteinen, besitzt ein Mensch bei etwa 19.000 Genen, i.d.R. über 100.000 unterschiedliche Proteine.
- Die Proteomik ist folglich dann die systematische Erforschung des Proteoms. Besonders von Interesse sind dabei krankhafte Veränderungen der Proteinausstattung von Zellen, wie z.B. bei Tumorzellen. Diese unterscheiden sich anhand ihrer Proteinausstattung deutlich von vergleichbar gesunden Zellen im umliegenden Gewebe.
Untersucht werden kann dies durch eine vergleichende Proteomanalyse der jeweiligen Zellen anhand verschiedener Schritte:
- Isolation des gesunden Gewebes und Herstellung eines Zellextraktes.
- Markierung der Proteine der beiden jeweils Zellextrakte mit einem Fluoreszenzfarbstoff, z.B. die Tumorzellen rot und gesunde Zellen grün.
- Mischen beider Proben.
- Trennen der Proteine mittels Gelektrophorese in 2 Schritten: Proteine aufgrund ihrer Ladung und danach senkrecht durch eine SDS-PAGE aufgetrennt → 2-D-Gel-Elektrophorese, dann mögliche Sichtbarmachung durch Coomassie.
- Eine zweifache Belichtung der Zellen durch verschiedene Wellenlängen mithilfe eines Lasers, führt zur Anregung der beiden Fluoreszenzfarbstoffe. Ein Anfärben mit beiden Fluoreszenzfarbstoffen, ermöglicht zusätzlich eine Zuordnung der Proteine bezüglich ihrer Herkunft und führt außerdem zu der Entstehung eines rot-grünen Fleckenmusters, welches jeweils einer 2-D-Gelektrophorese einer normalen Zelle bzw. einer Tumorzelle entspricht.
- Proteine, die in einer höheren Konzentration vorkommen, ergeben intensivere Farbflecken. Proteine, die in gesunden und in Tumorzellen vorkommen, kann man an der gleichen Position auf beiden Gelen verorten.
- Flecken, die nur auf einem der beiden Gele zu finden sind, können mithilfe einer Computersoftware und damit der Überlagerung und dem Vergleichen der beiden Bilder der 2-D-Gelelektrophorese, verortet werden. Sie erscheinen in der Überlagerung rot bzw. grün, alle anderen Flecken erscheinen gelb.
- Ausstanzen der Flecken und Isolation + Identifikation der Proteine & deren Zuordnung zu bestimmtem Fleck → Identifizieren der Proteine, die in Tumorzellen vorkommen oder fehlen .
=> Die Proteomik trägt somit zum Verständnis derartiger Tumore bei und kann durch die so erzielten Erkenntnisse Ansatzpunkte zur Entwicklung geeigneter Medikamente beitragen z.B. durch den Einsatz von Hemmstoffen gegen bestimmte Proteine bei der Tumorentstehung.
Weitere Anwendungen:
- Erst durch die Proteomik wurde die Entwicklung von Virostatika möglich.
- auch in Industrie, z.B. erhofft sich die chemische Industrie durch die Proteomik eine Synthese von verbesserten und effektiveren Waschmittelenzymen.
- z.B. bei der Entwicklung neuer Wirkstoffe gegen Krebs, Infektionen, die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit oder die Sichelzellanemie.
Zusammenfassende Möglichkeiten durch die Proteomik:
- Katalogisierung von Proteinen
- quantitative Analyse der Proteinexpression
- Aufklärung von Protein-Protein-Interaktionen
- Untersuchung und Identifikation der 3D-Struktur von Proteinmolekülen
- Proteinidentifikation
- Quantifizierung von Proteinen
- Proteinsequenzierungen