Mass Spectrometry Unit

Die massenspektrometrische Analyse von Proteinen im Großmaßstab hat durch mehrere wichtige technische Weiterentwicklungen sowohl bei den Instrumenten als auch bei der Analyse-Software in den letzten Jahren einen erheblichen Auftrieb erfahren. Dadurch ist es nun möglich, das Proteom von Zellen oder Geweben (= das Kollektiv der zu einem gegebenen Zeitpunkt vorhandenen Proteine) in vergleichsweise hoher Auflösung zu beschreiben.

Wir verstehen uns als Serviceeinheit, die allen Abteilungen und Gruppen des Instituts die Analyse von Proteinen durch Massenspektrometrie zugänglich machen will. Wir bieten Hilfestellung sowohl bei der strategischen Planung von Experimenten, in denen Massenspektrometrie eingesetzt werden soll, als auch bei der Vorbereitung der zu messenden Proben. Dazu verfügen wir über ein eigenes Labor, in dem alle Probenvorbereitungsschritte von der Lyse der Zellen bis zur eigentlichen Messung der Proben durchgeführt werden können.  

Derzeit verfügen wir über ein Q Exactive HF Orbitrap Massenspektrometer, sowie seit Beginn des Jahres 2020 über ein state-of-the-art Bruker timsTOF pro System. Beide Massenspektrometer sind direkt mit nano-HPLC Systemen gekoppelt. Diese Instrumentenkombination erlaubt die reproduzierbare chromatographische Auftrennung auch sehr komplexer Peptidgemische und die anschließende hochempfindliche und zuverlässige Identifizierung und Charakterisierung der darin enthaltenen Peptide durch das Massenspektrometer.

Da die Zusammensetzung des Proteoms einer Zelle nicht nur statisch ist, sondern das Ergebnis eines kontinuierlichen Anpassungsprozesses, der z. B. durch Fluktuationen in den Milieubedingungen charakterisiert ist (wie z. B. durch Stimulation durch Zytokine oder Wachstumsfaktoren, durch Pharmaka oder durch Änderungen in der Nährstoffzusammensetzung), ist deshalb nicht nur die Katalogisierung der vorhandenen Proteine wichtig, sondern auch die Erfassung ihrer quantitativen Veränderungen. Deshalb haben wir Methoden etabliert, Proteome aus zwei oder mehreren Proben vergleichend quantifzieren zu können, entweder über sog. „label“-freie Verfahren, über die Einführung von isobarische Tags (TMT), mittels des sog.  SILAC-Verfahrens (Stable Isotope Labeling with Amino Acids in Culture), oder über andere chemische Markierungen. 

Für die Datenbanksuche setzen wir seit 2008 hauptsächlich MaxQuant und die darin implementierte und bewährte Andromeda Suchmaschine ein (Jürgen Cox, Matthias Mann; Max Planck Institute for Biochemistry, Martinsried), können aber auch auf andere Tools zurückgreifen, wie z. B. PEAKS (u. a. für de-novo Sequenzierungen) oder Spectronaut (für die Analyse von im DIA-Modus durchgeführte Messungen). Daneben setzen wir vermehrt index-basierte Suchalgorithmen ein, die den Suchprozess einerseits beschleunigen, andererseits neue Möglichkeiten zur Bestimmung bekannter und unbekannter posttranslationaler Modifikationen eröffnen (fragpipe/MSFragger, DIA-NN, MetaMorpheus).

Schließlich bemühen wir uns, nicht nur lange, mehr oder weniger übersichtliche Ergebnislisten abzuliefern, sondern durch statistische und weitere bioinformatische Auswertung (Perseus, R, Cytoscape, u. a. web-basierte Programme), den Zugriff auf die gewonnenen Daten, deren Einordnung und deren weitere Interpretation im Hinblick auf die zugrundeliegende biologische Fragestellungen zu erleichtern.  

 

Publikationen

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​​​​​​Di Persio S, Tekath T, Siebert-Kuss LM, Cremers J-F, Wistuba J, Li X, Meyer zu Hörste G, Drexler HCA, Wyrwoll MJ, Tüttelmann F, Dugas M, Kliesch S, Schlatt S, Laurentino S, Neuhaus N. Single-cell RNA-seq unravels alterations of the human spermatogonial stem cell compartment in patients with impaired spermatogenesis. Cell Reports Medicine, 2021, 2(9), https://doi.org/

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Reinhardt L, Kordes S, Reinhardt P, Glatza M, Baumann M, Drexler HCA, Menninger S, Zischinsky G, Eickhoff J, Fröb C, Bhattarai P, Arulmozhivarman G, Marrone L, Janosch A, Adachi K, Stehling M, Anderson EN, Abo-Rady M, Bickle M, Pandey UB, Reimer MM, Kizil C, Schöler HR, Nussbaumer P, Klebl B, Sterneckert JL (2019). Dual Inhibition of GSK3β and CDK5 Protects the Cytoskeleton of Neurons from Neuroinflammatory-Mediated Degeneration In Vitro and In Vivo. Stem Cell Reports 12:502-517.

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