Hybrid-Massenspektrometer
Final Report Abstract
Die Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe Brügger liegen auf der Untersuchung von Protein-Lipid-Interaktionen in Membranen sowie der massenspektrometrischen Analyse von Lipiden zum Verständnis von Typ, Zahl und Funktion der Vielzahl zellulärer Lipide. Um die Frage zu adressieren, wie und warum Lipide bzw. einzelne Lipidspezies spezifisch mit Proteinen interagieren, setzen wir Methoden aus dem Bereich der Biophysik, Biochemie, Chemischen Biologie und Zellbiologie ein. Wichtige Hilfsmittel sind hierbei funktionalisierte Lipide, die es uns ermöglichen orts- und zeitaufgelöst Interaktionen von Lipiden mit Proteinen zu studieren. Die Untersuchung der Spezifität von Protein-Lipid-Interaktionen auf allen Ebenen der Biologie, d.h. von subzellulären Systemen bis hin zu komplexen Organismen, stützt sich auf die quantitative Erfassung der beteiligten Lipidspezies. Hierfür haben wir am Biochemie-Zentrum der Universität Heidelberg eine Lipidomics-Plattform aufgebaut, die sowohl die gezielte als auch die globale Erfassung von Lipiden ermöglicht. An verschiedenen Massenspektrometern (Triple-Quadrupol-, Triple-Quadrupol-lineare Ionenfallen- , Quadrupol-Flugzeit- sowie Quadrupol-Orbitrap-Systeme) führen wir sowohl die direkte, die CHIP-basierte automatisierte oder Chromatographie-gekoppelte ESI-Infusion durch. Das bewilligte Chromatographie-gekoppelte hochauflösende Massenspektrometer wird in einer Vielzahl von Projekten eingesetzt, einschließlich der Projekte mit Kollaborationspartner am Heidelberger Campus sowie externer nationaler und internationaler Kooperationspartner. Durch unsere Einbindung in verschiedene Sonderforschungsbereiche und DFG- und BMBF-geförderte Kollaborationsprojekte mit ausländischen Partnern, wurde und wird das Massenspektrometer für sehr vielfältige Fragestellungen eingesetzt. Insbesondere wird das Massenspektrometer für die Analyse von komplexen Probenmischungen und für den Nachweis von stark unterrepräsentierten Lipidspezies eingesetzt. So konnten wir beispielsweise mit diesem Massenspektrometer den hochsensitiven und quantitativen Nachweis verschiedener zellulärer Signalmoleküle etablieren. Ein weiteres Beispiel ist die quantitative Analytik der komplexen Glykosphingolipide, insbesondere der Ganglioside und Sulfatide. In Verbindung mit einer vorgeschalteten chemischen Derivatisierung konnte wir mit Hilfe des hochauflösenden Massenspektrometers eine Methode zur Analyse von Fettsäuren, einschließlich der sehr langkettigen und der mehrfach ungesättigten Fettsäuren sowie der Bestimmung der Position von Doppelbindungen in den Fettsäuren etablieren. Sowohl für die Synthese von Lipidstandards als auch für die Synthese von funktionalisierten Lipiden, wie beispielsweise eines photoaktivierbaren und clickbaren Sphingolipides, wurde die hochauflösende Massenspektrometrie eingesetzt, um Syntheseprodukte zu charakterisieren und den Stoffwechsel funktionalisierte Lipide in Zellen zu verfolgen. Auch die Analytik von Cardiolipinen, deren Vorstufen und den an dem sogenannten Remodelling dieser Lipide beteiligten Phosphoglycerolipiden konnte erfolgreich untersucht werden. Für die Auswertung der komplexen Datensätze haben wir eine vorhandene Software auf unsere spezifischen Fragestellungen hin angepasst. Darauf aufbauend haben wir eine R-basierte Applikation entwickelt, die es uns und unseren Kollaborationspartnern erlaubt, die Datensätze zu visualisieren, strukturieren und analysieren. Zusätzlich beinhaltet diese Anwendung die statistische Auswertung der Datensätze, einschließlich der Durchführung der Hauptkomponentenanalyse. Das Massenspektrometer wurde darüber hinaus intensiv in der Lehre eingesetzt, insbesondere für die Ausbildung von Bachelor- und Masterstudenten und im Rahmen von Methodenkursen für Doktoranden der Universität Heidelberg.
Publications
- Sphingosine-1-phosphate lyase deficient cells as a tool to study protein lipid interactions. PlosOne, 016;11(4):e0153009
Gerl MJ, Bittl V, Kirchner K, Sachsenheimer T, Brunner HL, Lüchtenborg C, Özbalci C, Wiedemann H, Wegehingel S, Nickel W, Haberkant P, Schultz C, Krüger M and Brügger B
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0153009) - Cardiac-specific succinate dehydrogenase deficiency in Barth syndrome. EMBO Mol Med. 2015;8(2):139-54
Dudek J, Cheng IF, Chowdhury A, Wozny K, Balleininger M, Reinhold R, Grunau S, Callegari S, Toischer K, Wanders RJ, Hasenfuß G, Brügger B, Guan K, Rehling P
(See online at https://doi.org/10.15252/emmm.201505644) - α1-Antitrypsin Combines with Plasma Fatty Acids and Induces Angiopoietin-like Protein 4 Expression. J Immunol. 2015;195(8):3605-16
Frenzel E, Wrenger S, Brügger B, Salipalli S, Immenschuh S, Aggarwal N, Lichtinghagen R, Mahadeva R, Marcondes AM, Dinarello CA, Welte T, Janciauskiene S
(See online at https://doi.org/10.4049/jimmunol.1500740) - Bifunctional Sphingosine for Cell-Based Analysis of Protein-Sphingolipid Interactions. ACS Chem Biol, 2016;11(1):222-30
Haberkant P, Stein F, Höglinger D, Gerl MJ, Brügger B, Van Veldhoven PP, Krijgsveld J, Gavin AC, Schultz C
(See online at https://doi.org/10.1021/acschembio.5b00810) - Mcp3 is a novel mitochondrial outer membrane protein that follows a unique IMP-dependent biogenesis pathway. EMBO Rep. 2016;17(7):965-81
Sinzel M, Tan T, Wendling P, Kalbacher H, Özbalci C, Chelius X, Westermann B, Brügger B, Rapaport D, Dimmer KS
(See online at https://doi.org/10.15252/embr.201541273)
