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Proteomanalyse - Neue Einblicke in die Welt der Forschung

(23.04.2009) Im Mittelpunkt der biomedizinischen Forschung steht die Suche nach einem besseren Verständnis jener Faktoren, die die Gesundheit des Menschen beeinflussen und für die Entstehung von Erkrankungen, wie den Diabetes mellitus, verantwortlich sind.




DIGE (Difference In Gel Elecrtophorese) Sub-Proteomanalyse isolierter Mitochondrien

Um Wirkmechnanismen von Eiweißen beim Diabetes mellitus oder auch Medikamenten, wie den GLP-1-Analoga, besser darstellen und verstehen zu können, stellt die Proteomanalyse eine revolutionäre Technik dar. Die Proteomanalyse beschäftigt sich mit der umfassenden Darstellung sämtlicher Eiweiße (Proteine) eines Organismus, einzelner Organe, Gewebe sowie Zellen oder von Körperflüssigkeiten. Die Gesamtheit aller Proteine wird als Proteom bezeichnet, welches sich aus mehreren zehntausend verschiedenen Proteinspezies zusammensetzt.

Das Proteom ist hoch dynamisch und reagiert unmittelbar auf Reize. Die parallele Analyse dieser hoch komplexen Proteinnetzwerke ermöglicht neue Einblicke in deren Regulation sowie Interaktion und kann so dabei helfen komplexe biologische Prozesse besser zu verstehen. In der Kombination mit anderen wissenschaftlichen Disziplinen, wie der Analyse des Erbguts (Genom) - sowie der Stoffwechseleigenschaften einer Zelle oder eines Gewebes (Metabolom) - eröffnen sich hier weitreichende Möglichkeiten für die detaillierte Untersuchung krankheitsauslösender (pathophysiologischer) Vorgänge auf molekularer Ebene.

Das Ziel solch integrativer Proteomanalysen ist es Proteinkarten zu erstellen, welche Idealerweise für eine Erkrankung charakteristisch sind. Eine zentrale Technologie für den quantitativen Vergleich der Proteine repräsentiert die 2-dimensionale Gelelektrophorese (2DE). Mit Hilfe dieser Methodik sind tausende verschiedene Proteinbestandteile gleichzeitig in einer zweidimensionalen Gelmatrix nach der Proteinladung und Proteingröße trennbar. Die so erhaltenen Proteinkarten (siehe Abbildung) können dann unter Zuhilfenahme spezieller, computergestützter Analyseprogramme miteinander verglichen und statistisch ausgewertet werden. Die Identifizierung spezifischer Veränderungen, die mit bestimmten Krankheitszuständen korrelieren, kann so neue Einblicke gewähren und entscheidend zur Aufklärung der Pathophysiologie beitragen. Ein weiteres Ziel ist die Identifizierung potentieller Biomarker, die für eine frühzeitige Diagnose oder für die Prognose des Erfolges von Behandlungsstrategien im klinischen Umfeld eingesetzt werden können.

Die einzigartige Vernetzung von Grundlagenforschung sowie klinischer Forschung unter dem Dach des Deutschen Diabetes-Zentrums in Düsseldorf bietet hier die idealen Voraussetzungen für solche fokussierten Untersuchungen. Ein klinischer Schwerpunkt dieser Arbeiten ist die Analyse zellulärer Teil-Proteome. Hier werden insbesondere Einflüsse und Veränderungen auf das Proteom der Mitochondrien in Bezug auf Diabetes mellitus untersucht.

Als übergeordnetes Ziel sollen letztlich die erhaltenen Forschungsergebnisse auf assoziierte Biomarker des Diabetes übertragen werden und so eine Anwendung in der klinischen Praxis finden.

Dr. Stefan Lehr, Deutsches Diabetes-Zentrum an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Leibniz-Zentrum für Diabetes-Forschung

Quellen:
1. Tews D  et al., Anti-apoptotic action of exendin-4 in INS-1 beta cells: comparative protein pattern analysis of isolated mitochondria. Horm Metab Res 2009; 41:294-301.
2. Lehr S et al., Effect of sterol regulatory element binding protein-1a on the mitochondrial protein pattern in human liver cells detected by 2D-DIGE. Biochemistry 2005; 44:5117-28.

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