Hochauflösendes Ionenfallen Massenspektrometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Hochleistungsmassenspektrometer wird vor allem für anspruchsvolle Fragestellungen der Proteinchemie verwendet. Dazu gehören Projekte bei denen das Inventar der Zelle, d.h. die Gesamtheit aller Proteine in bakteriellen Organismen oder humanen Zellen untersucht wird. Hierbei wird zum einen nach den Angriffszielen von bioaktiven Substanzen, oftmals Naturstoffe, gesucht um somit deren Wirkmechanismus aufzuklären. Die Substanzen erhalten dabei durch chemische Synthese einen Marker, der es erlaubt alle an das Zielprotein gebundenen Proteine zu isolieren und über MS/MS Fragmentierung deren Identität aufzuklären. In den letzten drei Jahren wurden dabei über 10 chemische Verbindungen auf ihren Wirkmechanismus untersucht. Um diesen weiter zu analysieren werden Experimente auch mit Gesamtproteomen durchgeführt um herauszufinden welche Proteine durch einen bestimmten Wirkstoff hoch- oder herunterreguliert werden. Beispiele solcher über diese Methode untersuchte bioaktive Verbindungen sind Dynorphin, Spongiolactone, Ramariolide, beta-lactone und andere synthetische Inhibitoren der bakteriellen Virulenz sowie diverse Antibiotika. Für die Identifikation relevanter Proteine ist hierbei vor allem der hohe dynamische Bereich und die Sensitivität des Instrumentes von Nutzen um auch Proteine, die nur in geringer Abundanz vorliegen detektieren zu können. In einem weiteren Anwendungsgebiet wird vor allem das Fragmentierungspotenzial des Gerätes zur Aufklärung posttranslationaler Modifikationen genutzt. Hier konnten neben Nukleotiden und Phosphorylierungen auch viele Kofaktoren analysiert werden, hierzu zählt unter anderem die Identifikation und Lokalisation Pyridoxalphosphat-bindender Stellen in Proteinen. Ausschlaggebend hierfür ist die Aufnahme aller Scans im hochauflösenden Modus und damit verbunden die Genauigkeit und auch Schnelligkeit des Instrumentes. Im Falle von Ampylierungsmodifikationen z.B. wurde die Kombination der Fragmentierungstechniken HCD und ETD genutzt sowie die Möglichkeit Fragmentierungsspektren mit diagnostischen Peaks gezielt mit einer weiteren Fragmentierungsmethode analysieren zu können. Eine weitere Anwendung des Fragmentierungsrepertoires ist die Analyse von Proteinvernetzungen. Diese sogenannten Crosslinks können entweder intrinsischer Bestandteil von Proteinen sein oder gezielt durch chemische Moleküle zum Einfrieren von bestimmten Interaktionen oder Konformationen genutzt werden. Hierbei ließen sich die Kontaktbereiche verschiedener Proteinkomplexe, z.B. der bakteriellen Protease ClpXP sowie durch den Einbau einer unnatürlichen Aminosäure das GFP Proteindimer untersuchen. Insgesamt konnten zentrale Projekte vieler Gruppen der Fakultät sowie Gruppen die dem SFB1035 angehören mit diesem Gerät aufgrund seiner hohen Messgenauigkeit, schnellen Prozessierung der Spektren sowie der Möglichkeit des Fragmentierens erfolgreich abgeschlossen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- "An aromatic hydroxyamide attenuates multiresistant Staphylococcus aureus toxin expression", Chemistry - A European Journal 2016, 22, 1622
Vomacka, J., Korotkov, V.S., Bauer, B., Weinandy, F., Kunzmann, M.H., Krysiak, J., Baron, O., Böttcher, T., Lorenz-Baath, K., Sieber, S.A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/chem.201503981) - "Fimbrolide natural products disrupt bioluminescence of Vibrio by targeting autoinducer biosynthesis and luciferase activity", Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 1187
Zhao, W., Lorenz, N., Jung, K., Sieber, S.A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201508052) - "Natural product inspired amino-epoxybenzoquinones kill members of the gram-negative pathogen Salmonella by attenuating cellular stress response", Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 14852
Mandl, F.A., Kirsch, V.C., Ugur, I., Kunold, E., Vomacka, J., Fetzer, C., Schneider, S., Richter, K., Fuchs, T.M., Antes, I., Sieber S.A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201607338) - "A chemical compound inhibiting the Aha1-Hsp90 chaperone complex" J. Biol. Chem 2017, 292, 17073-17083
Stiegler, S.C., Rübbelke, M., Korotkov, V.S., Weiwad, M., John, C., Fischer, G., Sieber, S.A., Sattler, M., Buchner, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/jbc.M117.797829) - "A whole proteome inventory of background photocrosslinker binding", Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 1396
Kleiner, P., Heydenreuter, W., Stahl, M., Korotkov, V.S., Sieber S.A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201605993) - "Chemical probes unravel an antimicrobial defense response triggered by binding of the human opioid dynorphin to a bacterial sensor kinase", J. Am. Chem. Soc., 2017, 139 , 6152–6159
Wright, M.H., Fetzer, C., Sieber, S.A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jacs.7b01072) - "Quantitative map of betalactone induced virulence regulation", J. Proteome Res., 2017, 16, 1180–1192
Krysiak, J., Stahl, M., Vomacka, J., Fetzer, C., Lakemeyer, M., Fux, A., Sieber, S.A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.jproteome.6b00705) - "Surface topology affects wetting behavior of Bacillus subtilis biofilms", npj Biofilms Microbiomes 2017, 3,11
Lieleg, O., Werb, M., Falcón García, C., Bach, N.C., Grumbein, S., Sieber, S.A., Opitz, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41522-017-0018-1) - "Synthesis of Ramariolide Natural Products and Discovery of their Targets in Mycobacteria", Chem. Commun., 2017, 53, 107-110
Lehmann, J., Richers, J., Pöthig, A., Sieber, S.A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C6CC08365J) - "The microstructure and micromechanics of the tendon-bone insertion", Nature Materials 2017, 16, 664–670
Rossetti, L., Kuntz, L.A., Kunold, E., Schock, J., Müller, K.W., Grabmayr, H., Stolberg-Stolberg, J., Pfeiffer, F., Sieber, S.A., Burgkart, R., Bausch, A.R.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/nmat4863)
