Proteomik von Stammzellen und Krebs
- Funktionelle und Strukturelle Genomforschung
Prof. Dr. Jeroen Krijgsveld
Group leader
Das Proteom besteht aus Tausenden Proteinen, die zelluläre Prozesse in Homöostase und Krankheit regulieren. Seine dynamische Zusammensetzung ist Gegenstand unserer Forschung. Wir versuchen die Regulation des Proteomes insbesondere bei der Enstehung von Krebs sowie unter medikamentöser Behandlung zu verstehen – von Patiengeweben bis hin zu einzelen Zellen.
Unsere Forschung
Häufig werden Proteine als die Arbeitspferde der Zelle bezeichnet, da sie maßgeblich die biochemischen Prozessen steuern, die den Zellen ihre Identität verleihen und sie mit ihren spezifischen Funktionen ausstatten. Ihre Expression ist streng reguliert, kann jedoch durch Umweltfaktoren oder genetische Mutationen aus dem Gleichgewicht geraten, was die Ursache vieler Krankheiten, enschließlich Krebs, darstellt. Aus diesem Zusammenhang zieht unsere Forschung seine Motivation, Proteine als die zentralen Treiber zellulärer Veränderungen zu untersuchen. Hierbei versuchen wir, weitreichende Einblicke in die Regulation des Proteoms zu gewinnen, um die Vorgänge zu erklären, die zu Krebs führen und ihre Reaktion auf neuartige Wirkstoffe bestimmen.
Mit diesem Ziel vor Augen, setzen wir auf die Massenspektrometrie als leistungsstarke Technologie zur detaillierten Charakterisierung des Proteoms, die es uns erlaubt ganze Regulationswege in Krebszellen und –gewebe zu untersuchen und miteinander in Verbindung zu bringen. In Kombination mit biochemischen und computergestützten Methoden entwickeln wir spezielle Ansätze, um die regulatorischen Ebenen im Proteom zu verstehen, mit besonderem Schwerpunkt auf sekretierten, Chromatin- und RNA-assoziierten Proteinen. Darüber hinaus haben wir Methoden zur spezifischen Analyse von Proteinsynthese und -abbau entwickelt, um die Verschaltung von Signalnetzwerken und die zelluläre Reaktion auf externe Störfaktoren zu untersuchen. Weiterhin treiben wir aktiv die Entwicklung neuartiger Methoden voran, um die Proteomik zu einer noch sensitiveren und robusteren Technologie für klinische und low-input Anwendungen zu machen. Besonderer Fokus liegt hierbei auf der Prozess-Miniaturisierung und -Automatisierung, um die Vermessung von einzelnen Zellen zu ermöglichen.
Forschungsthemen
Krebsproteomik
Wir verwenden modernste Methoden und Geräte der Massenspektrometrie für die tiefgehende und quantitative Untersuchung des Proteoms klinischer Proben. Hierbei haben wir durch die Entwicklung von SP3 für die automatisierte Probenvorbereitung neue Standards gesetzt, die es uns und anderen Forschern erlaubt, eine Vielzahl von Probentypen (einschließlich Zellen, Plasma, frisch-gefrorenes und FFPE-Gewebe) im Hochdurchsatz zu analysieren. In Zusammenarbeit mit unseren klinischen Partnern wenden wir dieses Verfahren an, um Tumorrückfälle (relapse) bei verschiedenen Krebsarten zu verstehen, mit dem Ziel, Marker für das Ansprechen auf die Behandlung zu identifizieren, die klinische Entscheidungen für eine bessere Patientenversorgung ermöglichen.
Krebs-Signalübertragung und Proteinnetzwerke
Krebszellen gestalten ihr Proteom infolge genetischer Mutationen oder der Exposition gegenüber Wachstumsfaktoren, was tiefgreifende Auswirkungen auf das Fortschreiten der Krankheit hat. Um die Auswirkungen solcher Ereignisse auf der Proteinebene zu verstehen, haben wir einen neuartigen Proteomik-Ansatz entwickelt, der gepulste SILAC-Markierung, Click-Chemie und Massenspektrometrie kombiniert. Auf diese Weise können wir die unmittelbare Reaktion der Zelle auf Störungen erfassen, die sich durch die Synthese naszierender Proteine oder deren Abbau ausdrückt, was sich gleichermaßen auf das intrazelluläre Proteom wie auch extrazelluläre Sekretom anwenden lässt. Unsere aktuelle Forschung nutzt diesen Ansatz, um nachgeschaltete Effektoren von Krebsmedikamenten und onkogenen Mutationen zu identifizieren, die Zusammensetzung und das Zusammenspiel der von ihnen regulierten Stoffwechselwege zu charakterisieren und den Wirkmechanismus von Medikamenten zu bestimmen. Langfristiges Ziel ist es, in diesen Netzwerken Proteine zu identifizieren, die als Angriffspunkte für Medikamente zur Krebsbehandlung dienen können.
Protein-Interaktionsnetze mit RNA und Chromatin
Proteine interagieren in hohem Maße mit RNA, um deren Translation und Stabilität zu regulieren, bzw.mit DNA, um dessen Transkription im Chromatin zu steuern. Angesichts dieser Rolle von Proteinen im Zentrum zellulärer Regulation haben wir Methoden entwickelt, Protein-Netzwerke zu beschreiben und dabei zu untersuchen, wie diese bei Stress (z.B. DNA-Schäden) oder medikamentöser Behandlung umgestaltet werden. Hierzu gehören sowohl Ansätze zur Identifizierung von bestimmten Proteinen, die mit ausgewählten Chromatin-assoziierten Proteinen kolokalisiert sind (ChIP-SICAP), als auch Ansätze zur globalen Charakterisierung der Proteinzusammensetzung des Chromatins. Beide Techniken finden weitreichende Anwendung in unserer aktuellen Forschung zur Unterschung von zellulären Signalwegen, um Mechanismen im Chromatin zu identifizieren, welche vorgelagerte Signalereignissendurch eine spezifische Antwort des Proteoms verarbeiten.
Einzelzell-Proteomik
Verbesserungen in der Empfindlichkeit moderner Massenspektrometer und der Effizienz von Techniken zur Probenvorbereitung haben neue Perspektiven für die Proteomanalyse auf Einzelzellebene eröffnet, auch wenn zahlreiche technische Herausforderungen noch immer bestehen. In diesem Zusammenhang treiben wir aktive die Entwicklung anspruchsvoller Methoden voran, um dem Erfolg dieser neuartigen Technologie näher zu kommen. Insbesondere erforschen wir neue Wege zur Handhabung von einzelnen Zellen, um Probeverluste zu minimieren und ihren Durchsatz zu erhöhen. Zudem verstricken wir experimentelle und computergestützte Ansätze, um die Identifizierung von niedrig-abundanten Proteinen und die Vollständigkeit unserer Datenerhebung zu verbessern. Unser Ziel ist es, diese Technologie weiter zu verbessern und sie zum Verständnis zellulärer Heterogenität und Plastizität in der Krebsbiologie einzusetzen.
Unser Team
Die Mitglieder unseres Teams haben komplementäre Hintergründe in (analytischer) Chemie, Molekularbiologie, Biochemie und klinischer Forschung. Was uns zusammenbringt, ist die Faszination für die Massenspektrometrie und ihre zahlreichen Anwendungen zum Verständnis der Komplexität und Dynamik des Proteoms. Unsere Motivation ist es, Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie das Proteom Krankheitsprozesse bei Krebs reguliert, um neue Ansatzpunkte für die Krebsbehandlung zu entdecken.
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Prof. Dr. Jeroen Krijgsveld
Group leader
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Dr. Syed Ali
Postdoc
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Karim Aljakouch
Postdoc
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Dr. Maximilian Blank
Clinician scientist
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Gesa Durniock-Thierschmann
Administrative assistant
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Raphael Heilig
Research associate
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Pablo Henneman
MSc student
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Dr. Robert Ihnatko
Senior postdoc
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Karl Krull
PhD student
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Roman Ladig
Project manager
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Elena Markeviciute
PhD student
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Azhar Orynbek
Technician
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Anastasiia Sergeeva
PhD student
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Sara Signoretti
Visiting PhD student
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Selin Ulukaya
PhD student
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Adrian-Daniel Vasiu
PhD student
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Lina-Marie Wagner
PhD student
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-
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MD student
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