Generelle Ziele der Proteomik

Fast alle Prozesse, die in den Zellen lebender Organismen ablaufen, beruhen auf der Wirkung von Proteinen, deren Synthese von den Genen des jeweiligen Genoms gesteuert wird. Zahlreiche Genomforschungsprojekte haben in verschiedenen Organismen eine enorme Zahl von Genen strukturell aufgeklärt (im Menschen etwa 30 000). Die so ermittelten Gesequenzen ermöglichen es, über den bekannten genetischen Code die Aminosäure-sequenzen zu konstruieren. Aus ihrer Kenntnis alleine ergibt sich aber noch nicht der Zustand der Proteine, wie sie in vivo vorliegen. Dies liegt vor allem daran, daß posttrans-lationale Ereignisse, z.B. Prozessierung, Glykosylierung und andere Modifikationen, nicht vorhersehbar sind. Somit kann die tatsächliche Proteinausstattung der Zellen eines Organismus -ihr Proteom- aus dessen Genom prinzipiell nicht vorausgesagt werden, weil eine Reihe wichtiger Informationen durch die Genomforschung nicht beigebracht werden kann.

Die wichtigsten Eigenschaften, in denen sich die Proteome der Zellen eines Organismus zu unterschiedlichen Zeitpunkten oder unter dem Einfluß unterschiedlicher Umweltbedingungen unterscheiden können, sind:

· die Präsenz oder das Fehlen einzelner Proteine innerhalb der Gesamtheit von   typischerweise 10 000 Proteinen pro Zelle;

· die quantitativ unterschiedliche Präsenz individueller Proteine über einen weiten   Konzentrationsbereich von 102 bis 106 Kopien pro Zelle;

· posttranslationale Modifikationen von Proteinen, wie z.B. Phosphorylierungen oder   Dephosphorylierungen oder Splicingschritte zur Proteinreifung;

· topologische Verteilungsmuster von Proteinen in unterschiedlichen Zellkompartimenten;

· Interaktionsmuster von Proteinen

Mit dem in stürmischer Entwicklung begriffenen Methodenarsenal der Proteomik wird die Untersuchung dieser Faktoren und Situationen adressiert. Die aktuelle Proteomanalytik basiert auf der hochauflösenden 2D- Gelelektrophorese in Kombination mit hochempfindlichen massenspektrometrischen Verfahren. Großes Potential haben neue Entwicklungen zu Hochdurchsatzverfahren auf der Grundlage chromatographischer Trenntechniken in Verbindung mit massenspektrometrischer Quantifizierung. Die weitgehende Automatisierung ist für eine effektive Proteomanalyse notwendig, wobei auch die Verfügbarkeit immer leistungsfähigerer bioinformatorischer Werkzeuge eine entscheidende Rolle spielt.

Die Zusammensetzung von Proteomen kann wichtige Informationen über den Zustand der zugehörigen Zellen oder Gewebe liefern und daher Abhängigkeiten von endogenen, d.h., aus dem Programm der Zelle selbst stammenden Einflüssen, oder exogenen, d.h., umweltbedingten Einflüsswen, aufdecken. Dementsprechend liegen die Hauptanwendungen der Proteomik in folgenden Feldern:

· Suche nach Proteinen, deren Auftreten oder Fehlen mit Krankheiten (z.B.   Tumorerkrankungen, neurodegenerative Krankheiten) korreliert ist:
  Interessante Kandidaten können anschließend auf ihr Potential als diagnostischer   Marker geprüft werden, oder darauf, ob sie Angriffspunkte für die Entwicklung   therapeutischer Wirkstoffe bieten.

· Aufklärung von biologischen Wirkmechanismen:
  Hierzu zählt z.B. die Identifizierung von Proteinen in Reaktionsketten, deren Resultate   relevant für die Erforschung grundlegender Prozesse oder von Krankheitsentstehung   sind.

· Erfassung von Medikamentennebenwirkungen:
  Man verwendet vorzugsweise sensitive Zelllinien und untersucht die Auswirkungen der   Testsubstanz auf das Proteom.

Die Proteomanalyse hat das Potential, sich zu einer schlagkräftigen Plattformtechnologie zur Aufklärung physiologischer und pathologischer Vorgänge auf der Ebene einzelner Proteine, der wichtigsten Gruppe von biologischen Baustoff- und Werkzeugmolekülen, zu entwickeln. In der momentanen Post- Genom- Ära können von der Proteomik entscheidende Beiträge für das gesamt Life Science Umfeld erwartet werden.