Automatisierung der Quantifizierung von Protein-Phosphorylierung ohne Verwendung schwerer Isotope für die Proteomforschung mit Massenspektrometrie

• Antragsteller: Professor Dr. Fred A. Hamprecht
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 48534466

• Erstellungsjahr: 2010

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Proteomik betrachtet die Gesamtheit aller Proteine, die sich zu einem gegeben Entwicklungs- oder Aktivitätsstadium in einer Zelle oder einem Organismus befinden. Damit trägt sie zu einem besseren Verständnis der Funktion von Zellen oder Organismen bei und verspricht damit, ein Schlüssel zu neuen diagnostischen Verfahren zu sein, und Ansatzpunkte für neue therapeutische Verfahren zu liefern, insbesondere für die Behandlung von Krebs. Die Massenspektrometrie hat sich zum wichtigsten Werkzeug der Proteomik entwickelt; es handelt sich dabei um ein analytisches Verfahren, welches die Sequenzierung oder Identifizierung von Protein (-fragmenten) mit bisher unbekannter Sensitivität erlaubt. Leider ist die Massenspektrometrie bisher keine quantitative Technik, d.h. wenn die Menge eines Stoffes ermittelt werden soll, sind „nasschemische“ Experimente mit schweren Isotopen erforderlich. Im Rahmen des Projektes wurden rechnergestützte, statistische Verfahren entwickelt, die die automatisierte und robuste Quantifizierung von Proteingemischen erlauben, ohne Vorwissen über deren Zusammensetzung vorauszusetzen. Hierfür wurden Modelle zur Darstellung von verschiedenen Proteinfragmenten geschätzt und deren optimale, gewichtete Kombination ermittelt. Gleichzeitig wurde auch eine Anwendung des Verfahrens auf Experimente mit Proteinen, die mit verschiedenen schweren Isotopen markiert worden sind, möglich. Biologisch stand hierbei die Quantifizierung sogenannter „post-translationaler Modifikationen“ im Vordergrund. Diese häufig einfachen, chemischen Modifikationen eines Proteins können seine Aktivität komplett verändern und können Ereignisse wie Zellteilung oder –tod signalisieren oder auslösen. Im Rahmen dieses Projektes wurden insbesondere die Quantifzierung von Phosphorylierungen, einer speziellen „post-translationaler Modifikation“, untersucht, und über Ähnlichkeiten der Phosphorylierungsvorgänge von verschiedenen Proteinen mögliche Proteininteraktionen identifiziert. Das Projekt hat die automatische Auswertung und Quantifizierung von Massenspektrometrie-getriebenen Proteomikexperimenten vorangetrieben.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2007). A Quality Score for Product Ion Spectra in Proteomics: How to Teach an Expert System with Minimal Manual Input, American Society for Mass Spectrometry, Annual Conference, ASMS 2007
  T Koenig, BH Menze, M Kirchner, H Steen, JAJ Steen, F Monigatti, KC Parker, T Patterson, FA Hamprecht
  
• (2007). A sparsity-promoting non-negative regression approach for deconvolution, deisotoping, and quantification of mixture mass spectra, American Society for Mass Spectrometry, Annual Conference (ASMS) 2007
  M Kirchner, BY Renard, L Goerlitz, H Steen, JAJ Steen, and FA Hamprecht
  
• (2007). An improved sparse regression approach for peak identification in multicomponent mass spectra, Workshop on Statistics for Biomolecular Data Integration and Modeling 2007
  BY Renard, M Kirchner, JAJ Steen, H Steen, and FA Hamprecht
  
• (2007). Extended fractional averagine for improved peak identification in mass spectrometry data, European Conference on Computational Biology (ISMB/ECCB) 2007
  BY Renard, M Kirchner, JAJ Steen, H Steen, and FA Hamprecht
  
• (2007). Fractional averagine: improved modeling of isotope distributions for peak picking, American Society for Mass Spectrometry, Annual Conference (ASMS) 2007
  BY Renard, M Kirchner, JAJ Steen, H Steen, and FA Hamprecht
  
• (2008). Concise Representation of Mass Spectrometry Images by Probabilistic Latent Semantic Analysis, Analytical Chemistry, 80(24):9649-9658
  M Hanselmann, M Kirchner, BY Renard, ER Amstalden, K Glunde, RMA Heeren, FA Hamprecht
  
• (2008). Concise representation of MS Images by Probabilistic Latent Semantic Analysis, Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2008
  M Hanselmann, BY Renard, M Kirchner, A Kharchenko, L Klerk, U Koethe, RMA Heeren and FA Hamprecht
  
• (2008). Different phosphorylation states of the anaphase promoting complex in response to antimitotic drugs: A quantitative proteomic analysis, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 105(16), pp. 6069-6074
  JAJ Steen, H Steen, A Georgi, K Parker, M Springer, M Kirchner, FA Hamprecht, MW Kirschner
  
• (2008). Fully Automated HX-MS Data Analysis with Complete Deuteration Distribution Estimation, Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2008
  X Lou, M Kirchner, BY Renard, U Koethe, H Steen, MA Mayer and FA Hamprecht
  
• (2008). NITPICK: Peak Identification for Mass Spectrometry Data, BMC Bioinformatics 2008, 9:355
  BY Renard, M Kirchner, H Steen, JAJ Steen, FA Hamprecht
  
• (2008). Optimal Significane Determination in iTRAQ experiments, Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2008
  M Kirchner, BY Renard, F Monigatti, JAJ Steen, H Steen and FA Hamprecht
  
• (2008). Robust Prediction of the MASCOT Score for an Improved Quality Assessment in Mass Spectrometric Proteomics, Journal of Proteome Research 7 (9), 3708-3717
  T Koenig, BH Menze, M Kirchner, F Monigatti, KC Parker, T Patterson, JAJ Steen, FA Hamprecht, H Steen
  
• (2008). Sparse Profile Reconstruction for LC/MS Feature Extraction, Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2008
  S Boppel, BY Renard, M Kirchner, H Steen, U Koethe and FA Hamprecht
  
• (2008). STRAP2: Reliable, Hierarchical Feature Extraction from Multicomponent Mass Spectra, Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2008
  BY Renard, M Kirchner, JAJ Steen, H Steen and FA Hamprecht
  
• (2009) Large-Scale Proteomic Analyses reveal that Aurora B is a Master Kinase Regulating the C-phase Cytoskeleton, Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2009
  N Ozlu, F Monigatti, BY Renard, C Field, H Steen, T Mitchison, JAJ Steen
  
• (2009). Automated Classification and Grading of Tumors in Mass Spectrometric Images using postprocessed Random Forests. Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2009
  M Hanselmann,U Koethe,M Kirchner, BY Renard,ER Amstalden,K Glunde, RMA Heeren,FA Hamprecht
  
• (2009). Automatic Computational Protein Co-Regulation Screening for Quantitative Mass Spectrometry Experiments. Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2009
  M Kirchner, BY Renard, U Koethe, JAJ Steen, H Steen, FA Hamprecht
  
• (2009). Automatic Quantification of 16/18O- Labeled LC/MS Data. Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2009
  A Kreshuk, M Kirchner, BY Renard, D Winter, H Steen, JAJ Steen, WD Lehmann, FA Hamprecht
  
• (2009). Computational MS/MS Spectra Preprocessing - a Free Lunch.Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2009
  BY Renard, F Monigatti, M Kirchner, AR Ivanov, J Rappsilber, JAJ Steen, FA Hamprecht, H Steen
  
• (2009). FT-ICR and SIMS-TOF Imaging Mass Spectrometry for the Characterization of Human Pancreatic Disease. 57th ASMS Conference, Philadelphia, Pennsylvanvia, USA
  DF Smith, MC Duursma, M Hanselmann, FA Hamprecht, NA Giese, RMA Heeren
  
• (2009). FT-ICR Imaging Mass Spectrometry for the Characterization of Pancreatic Disease. 7th North American FT MS Conference, Key West, Florida, USA
  DF Smith, M Hanselmann, FA Hamprecht, NA Giese, RMA Heeren
  
• (2009). HeXicon++: Automating HDX Data Analysis.Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2009
  X Lou, BY Renard, M Kirchner, U Koethe,C Graf,JAJ Steen,H Steen, MP Mayer,FA Hamprecht
  
• (2009). Imaging Mass Spectrometry for the Characterization of Human Pancreatic Disease. 18th International Mass Spectrometry Conference (IMSC), Bremen, Germany
  DF Smith, MC Duursma, M Hanselmann, FA Hamprecht, NA Giese, RMA Heeren
  
• (2009). MALDI FT-ICR MS and SIMS-ToF for Chemical and Spatial Characterization of Pancreatic Disease. Symp. of the Dutch Mass Spectrometry Society (NVMS) and the Belgium Society for Mass Spectrometry (BSMS), Kerkrade, The Netherlands
  DF Smith, M Hanselmann, FA Hamprecht, NA Giese, RMA Heeren
  
• (2009). Multivariate Watershed Segmentation of Compositional Data. Proc. of the 15th Int. Conf. on Discrete Geometry for Computer Imagery (DGCI) Lecture Notes in Computer Science, Springer, 5810:180-192
  M Hanselmann,U Koethe, BY Renard, M Kirchner,RMA Heeren,FA Hamprecht
  
• (2009). Simultaneous Multiple Alignment for LC/MS Peak Lists. Conference of the American Society for Mass Spectrometry (ASMS) 2009
  BM Voss, BY Renard, A Kreshuk, M Hanselmann, U Koethe, H Steen, JAJ Steen, M Kirchner, FA Hamprecht
  
• (2009). Toward Digital Staining using Imaging Mass Spectrometry and Random Forests. Journal of Proteome Research, 8(7), 3558-3567
  M Hanselmann, U Koethe, M Kirchner, BY Renard, ER Amstalden, K Glunde, RMA Heeren, FA Hamprecht
  
• (2009). When Less Can Yield More - Computational Preprocessing of MS/MS Spectra for Peptide Identification. Proteomics, 2009, 9(21):4978-4984
  BY Renard, M Kirchner, F Monigatti, AR Ivanov, J Rappsilber, D Winter, JAJ Steen, FA Hamprecht, H Steen
  
• (2009). Binding partner switching on microtubules and aurora-B in the mitosis to cytokinesis transition. Molecular & Cellular Proteomics
  N Ozlu, F Monigatti, BY Renard, CM Field, H Steen, TJ Mitchison, JJ Steen
  
• (2010). Computational Protein Profile Similarity Screening for Quantitative Mass Spectrometry Experiments. Bioinformatics, 26(1):77-83.
  M Kirchner, BY Renard, U Koethe, DJ Pappin, FA Hamprecht, H Steen, JAJ Steen
  
• Estimating the Confidence of Peptide Identifications without the Need for Decoy Databases. (Analytical Chemistry)
  BY Renard, W Timm, M Kirchner, FA Hamprecht, H Steen
  
• Simultaneous Multiple Alignment for LC/MS Peak Lists
  BM Voss, BY Renard, M Hanselmann, M Lindner, A Kreshuk, U Koethe, H Steen, JAJ Steen, M Kirchner, FA Hamprecht