MS-Instrument für hochauflösende und ultraschnelle gezielte und nicht gezielte Metabolomforschung

• Fachliche Zuordnung: Grundlagen der Biologie und Medizin
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554078182

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. Antrag (2) ist für ein Massenspektrometer für hochauflösende und schnelle gezielte und nicht gezielte Metabolomik. Folgende Kriterien sind essentiell: hohe Auflösung, Genauigkeit und Flexibilität für ultraschnelle gezielte Quantifizierung von Metaboliten und nicht-gezielte Metabolomik; Ionenmobilitätsspektrometrie als zusätzliche Trenndimension; hohe Scangeschwindigkeit und Flussrate und geringe Wartungszeiten für klinische Metabolomik und Proteomik im Hochdurchsatz; gezielte Proteomik für mTOR-Pathway-Panels. LC-MS/MS-Anwendungen erfordern ein UPLC-System, eine Ionenchromatographie für polare phosphorylierte Metaboliten, eine robuste Nano-Quelle und eine Nano-UPLC mit geringem Wartungsaufwand für Hochdurchsatzproteomik. Workstations und Analysesoftware ermöglichen die Verarbeitung von Metabolom- und Proteomdaten. Diese Infrastruktur ist eine zwingende Voraussetzung für unsere Forschung und ist am Universitätsklinikum Essen derzeit nicht vorhanden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: MS-Instrument für hochauflösende und ultraschnelle gezielte und nicht gezielte Metabolomforschung
• Gerätegruppe: 1700 Massenspektrometer
• Antragstellende Institution: Universität Duisburg-Essen
• Leiterin: Professorin Dr. Kathrin Thedieck