AG Stühler: Proteomforschung

Leiter Proteomforschung

Prof. Dr. rer. nat. Kai Stühler

Gebäude 22.07
Universitätsstr. 1
40225 Düsseldorf

AG Stühler: Proteomforschung

Biologische Systeme sind in komplexen Netzwerken organsiert, bei denen die beteiligten Partner in vielseitigen Wechselbeziehungen miteinander stehen. Die Proteomforschung hat sich zum Ziel gesetzt, diese komplexen Netzwerke auf Proteinebene zu entschlüsseln. Proteine bieten den Vorteil, dass sie in direktem Zusammenhang mit den beobachteten biologischen Prozessen stehen, und sich somit ohne Umwege für Beschreibung des Phänotyps eignen. Jedoch stellen sie aufgrund der beträchtlichen Komplexität (Proteine kommen durch die Ausbildung verschiedener Modifikationsvarianten in unterschiedlichen Proteoformen vor) und des großen dynamischen Konzentrationsbereiches unterschiedlicher Proteinspezies (wenige einzelne Moleküle bis über 1 Milliarde Moleküle) eine enorme Herausforderung für die Analyse dar. Aus diesem Grund ist der Erfolg der Proteomanalyse stark an der technischen Entwicklung im Bereich der hochauflösenden Massenspektrometrie, Proteinseparation und Bioinformatik gekoppelt.

Die AG Stühler hat sich zur Aufgabe gemacht, mit den neusten Methoden der Proteomforschung aktuelle Fragestellungen im Bereich der biologisch-medizinischen Forschung zu bearbeiten. So werden Fragestellungen im Bereich der Sekretom-Analyse, unkonventionellen Proteinsekretion, REDOX-Proteomik, Interaktion von Membranproteinen und der klinischen Proteomforschung adressiert

Funktionelle Sekretomanalyse  
In einer Vielzahl physiologischer Prozesse spielt die Kommunikation zwischen Zellen eine wichtige Rolle. Zu diesem Zweck setzten die Zelle u. a. Proteine frei. Sämtliche von der Zelle sekretierten Proteine werden unter dem Begriff „Sekretom“ zusammengefasst. Möchte man nun den Einfluss von sekretierten Proteinen auf Prozesse der Hämatopoese im Knochenmark, der Regeneration von Nervenzellen im Rückenmark oder die Entstehung von Tumoren im Gehirn besser verstehen ist die funktionelle Sekretomanaylse die Methode der Wahl. Hierbei können durch den Vergleich aller sekretierten Proteine eines Zelltyps unter verschiedenen Bedingungen relevante Faktoren identifiziert werden und anschließend funktionell validiert werden.

Charakterisierung der unkonventionellen Proteinsekretion
Die Daten der letzten Jahre aus dem Bereich der Sekretomanalyse zeigen, dass neben der klassischen Proteinsekretion, welche 1975 von Blobel und Dobberstein erstmalig beschrieben wurde , ein großer, bisher weitgehend vernachlässigter Teil der sekretierten Proteine auf alternativen Wegen, der sogenannten unkonventionellen Proteinsekretion, die Zelle verlassen. Neben der klassischen Proteinsekretion, die auf ein N-terminales Signalpeptid beruht und entlang der ER-Golgi-Route stattfindet, wurden Sekretionswege beschrieben, die u. a. auf der Bildung von Membranporen, dem vesikulären Transport, dem Golgi Bypass oder dem Ectodomain shedding beruhen. Um diese unkonventionell sekretierten Proteine zu identifizieren und für die Forschung erschließen zu können, wurden in der AG Stühler experimentelle Ansätze, die auf der quantitativen Massenspektrometrie beruhen, entwickelt und erfolgreich angewendet.

REDOX-Proteomik 
Posttranslationale Modifikationen erhöhen die (funktionale) Variabilität von Proteinen, da Cysteine in verschiedenen Oxidationzuständen vorkommen können und eine Vielzahl von unterschiedlichen oxidativen Modifikationen tragen, die einen starken Einfluss auf die Funktion von Proteinen haben können. So werden Cysteine reversibel oxidiert, z.B. zu Disulfiden, Sulfensäuren oder durch Glutathionylierungen. Außerdem können weitgehend irreversible Modifikationen wie Sulfin- und Sulfonsäuren entstehen. Ein Schwerpunkt in der Arbeitsgruppe unter Leitung von Dr. Gereon Poschmann beschäftigt sich mit der Identifizierung und Charakterisierung von oxidativen Cysteinmodifikationen sowie ihrer funktionellen Relevanz z.B. im Kontext von sekretorischen Prozessen.

Membranproteinkomplexe  
Proteine sind keine Einzelgänger, sondern entfalten häufig ihre volle Funktion in Zusammenarbeit (Interaktion) mit anderen Proteinen und bilden dazu Multi-Proteinkomplexe. Für die Entschlüsselung der Funktion eines Proteins ist es daher von großer Wichtigkeit auch seine Interaktionspartner zu kennen und deren Zusammenspiel zu verstehen. Aus diesem Grund beschäftigt sich die AG Stühler mit der Identifizierung von Interaktionspartnern ausgesuchter Kandidatenproteine mit den Methoden der Proteomanalyse.

Klinische Proteomforschung
Die Proteomanalyse zeichnet sich durch ein breites Anwendungsspektrum aus. Im Bereich der klinischen Forschung (klinische Proteomik) konnte sie neben der Aufklärung relevanter pathobiologische Prozesse erfolgreich für die Identifizierung von Biomarkern eingesetzt werden. In Zusammenarbeit mit klinischen Partnern werden in der AG Stühler verschiedene Studien hierzu durchgeführt. Um diese Fragestellungen zu bearbeiten, kooperiert die AG Stühler zudem mit verschiedenen Verbünden und Einrichtung innerhalb und außerhalb der HHU.  

Einrichtungen
Center for Structural Science (CSS, http://www.css.hhu.de/)
Molecular Proteomics Laboratory (MPL, http://www.bmfz.hhu.de/zentrallaboratorien/molecular-proteomics-laboratory-mpl.html)
Center for Advanced Imaging (CAi, www.cai.hhu.de/)
ZIM (https://www.zim.hhu.de/)

 

 

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