Massenspektrometer für quantitative Proteomik mit ultrahoher Auflösung & Empfindlichkeit

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554068498

Im Rahmen der Neuberufung von Prof. Thedieck, Abteilungsleiterin für Metabolismus, Seneszenz und Autophagie am Research Center One Health Ruhr (RCOH) und Universitätsklinik Essen, beantragen wir in zwei verknüpften Anträgen zwei hochauflösende Massenspektrometer für integrierte Proteo-Metabolomik. (1) Ein Gerät dient der quantitativen Proteomik und PTM-Analyse mit ultrahoher Auflösung und Empfindlichkeit aus angereicherten Proben, Zellpopulationen und Einzelzellen. (2) Das zweite Instrument ermöglicht ultraschnelle Anwendungen für gezielte Quantifizierung von Metaboliten und breite Metabolomanalysen. Für ein integriertes Verständnis der metabolischen Signaltransduktion verbinden wir MS-basierte Proteomik und Metabolomik. Unsere Forschung fokussiert auf das Kinasenetzwerk um mTOR (mechanistic target of rapamycin), einer zentralen Kontrollinstanz für Zellwachstum und Stoffwechsel. mTOR treibt altersbedingte Krankheiten wie Krebs, Neurodegeneration und Stoffwechselstörungen sowie seltene angeborene Erkrankungen wie Tuberöse Sklerose Complex (TSC) und andere mTORopathien. Wir untersuchen Stoffwechselregulation durch mTOR mittels Biochemie, Proteomik, Metabolomik, Zellbiologie und Systemansätzen. Interaktomstudien decken neue mTOR-Regulatoren auf, Phosphoproteomik identifiziert neue Substrate und Effektoren, und das Zusammenspiel mit weiteren Signalwegen umfasst u.a. Proteinmethylierung oder -acetylierung. Unsere Metabolom-Studien zielen auf mTOR-gesteuerte Prozesse einschließlich des Aminosäure- und Zentralstoffwechsels. In patientenzentrierten Studien untersuchen wir Proteom- und Stoffwechselveränderungen in Zell- und Tiermodellen sowie in Patientenkohorten. Ein ERC Advanced Grant-geförderter Schwerpunkt ist die Regulierung des mTOR-Netzwerks durch sog. Stress-Granule-Proteine, stressinduzierte Protein-RNA-Komplexe. Im Rahmen von RCOH- und EU-Projekten untersuchen wir den Einfluss von metabolischen Disruptoren aus der Umwelt auf die mTOR-Signalübertragung und Krebstherapie. Der vorliegende Antrag bezieht sich auf Instrument (1), ein Massenspektrometer mit ultrahoher Auflösung und Empfindlichkeit für die quantitative Proteom- und PTM-Analyse (Phosphorylierung, Methylierung, Acetylierung u.a.) in kleinsten Proben bis hin zu Einzelzellen. Folgende Anforderungen sind hierfür essentiell: ultrahohe Massenauflösung, Genauigkeit, Empfindlichkeit und Flexibilität für Anwendungen im DDA- und DIA-Modus zur absoluten und relativen Quantifizierung. Die systemweite quantitative hochauflösende Proteomanalyse umfasst metabolische Markierungsmethoden, chemische Derivatisierung und markierungsfreie Quantifizierung. LC-MS/MS-Anwendungen erfordern eine Nano-Quelle und Nano-UPLC, und kleinste Probenmengen erfordern eine Robotikplattform für Nanoliter-Volumina. Datenanalyse von Proteomdaten in großem Maßstab erfordert einen Server und Software. Diese Infrastruktur, zwingende Voraussetzung für unsere Forschung, ist derzeit am Universitätsklinikum Essen nicht vorhanden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Massenspektrometer für quantitative Proteomik mit ultrahoher Auflösung & Empfindlichkeit
• Gerätegruppe: 1700 Massenspektrometer
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• Leiterin: Professorin Dr. Kathrin Thedieck