Open Access

Malte Schürken

• Im Zuge dieser Dissertation wurden verschiedene Methoden zur besseren Identifikation von Proteinen aus unspezifischen Proteinverdauen entwickelt und auf ihre Einsatzmöglichkeiten hin untersucht. In diesem Rahmen wurde vorrangig die Protease Thermitase in ihrer Spezifität und ihrem Temperaturverhalten genauer definiert und ihre proteolytische Verwendbarkeit bewertet. Aufgrund der durchgeführten Untersuchungen konnte mit Thermitase eine weitere, für die massenspektrometrische Analytik verwendbare Protease, erfolgreich etabliert werden. Als wichtigstes Merkmal dieser Protease muss ihr erfolgreicher proteomischer Einsatz, auch in Kombination mit starken organischen Lösungsmittel und Detergenzien, hervorgehoben werden. Außerdem konnten in Anwesenheit von SDS Verdaue massenspektrometrisch erfolgreich untersucht werden. Die Möglichkeiten dieser Methode sind vor allem für die Membran-Proteomik interessant. Mittels Thermitase können Membranproteine direkt in einem hydrophoben Puffer denaturiert, verdaut und ohne vorheriges Ausfällen analysiert werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden mehrere Ansätze für die Verbesserung der Auswertbarkeit von unspezifischen Proteinverdauen verfolgt und teilweise erfolgreich umgesetzt. Mittels der bioinformatischen Auswertung von theoretischen Verdauen ganzer Datenbanken wurden die Unterschiede bei der Identifikation von spezifischen und unspezifischen Verdauen verdeutlicht. Anhand der beobachteten Vergrößerung des Suchraums um den Faktor 10 bis 100 von unspezifischen gegenüber spezifischen Proteolysen konnte nachgewiesen werden, dass bei Verwendung der heute gebräuchlichen Suchalgorithmen erst eine Steigerung der Massengenauigkeit um mindestens den Faktor 20 zu Ergebnissen führt, die mit denen spezifischer Verdaue vergleichbar sind. Einen Schritt in diese Richtung kann durch die Verwendung der MALDI-Orbitrap (Papasotiriou 2010), die eine durchschnittliche Massengenauigkeit von 5 ppm bietet, vollzogen werden. Jedoch wäre nach einer Abschätzung auf der Basis der gewonnenen Ergebnisse eine routinemäßige Massengenauigkeit von unter 1 ppm nötig, um bei der Identifikation mittels PMF für unspezifische und tryptische Verdaue die gleichen Erfolgsquoten zu erhalten. Wird dies erreicht, bieten unspezifische Proteasen, wie in dieser Arbeit gezeigt werden konnte, zahlreiche Vorteile gegenüber spezifischen Proteasen. Ausgehend von der Verwendung aktueller Suchalgorithmen konnte der Einfluss unterschiedlicher Protein- und Peptidkriterien auf die Proteinidentifikation eindeutig gezeigt werden. Zur Verbesserung der Identifikation bei unspezifischen Verdauen wurden mehrere spezifische Kriterien erarbeitet. Eine PMF-Suche unter deren Einbezug führte zu einer 4fach höheren Identifikationsrate gegenüber einer normalen Suche mittels MOWSE. Mit der iterativen sowie der kombinatorischen Suche wurden zwei einfache bioinformatische Methoden entwickelt, die die Suche von unspezifischen Verdauen erleichtern und in Zukunft verbessern werden. Die Identifikation von Modifikationen mittels der spezifischen Delta-Massen und die Identifikation von unspezifischen Verdauen durch Bewertung der charakteristisch auftretenden Cluster stellen zwei gänzlich neue Ansätze in der Proteinidentifikation dar. Ihr Einsatz ermöglicht neue Verwendungsmöglichkeiten von unspezifischen Verdauen, die über die klassische Proteinidentifikation hinausgehen, und versucht, spezielle Fragen in der Proteinanalytik zu beantworten. Der Einbezug zusätzlicher Informationen, die der Verdau neben der reinen Gewinnung von Peptidmassen bietet, sollte bei unspezifischen Verdauen fokussiert angegangen werden. Durch die mehrfache Überlappung der Peptide liegen diese Informationen, anders als bei tryptischen Verdauen, redundant vor. Sie können sich also bei entsprechender Auswertung in ihrer Bewertung selbst stützen. Die in dieser Promotionsarbeit vorgestellten Ansätze zur besseren Identifikation von unspezifischen Proteinverdauen zeigen vielversprechende Möglichkeiten auf. Realistisch betrachtet, stellt jeder dieser Ansätze eine positive Abweichung von der bislang vorherrschenden routinemäßigen Behandlung der Proteinidentifikation dieser Verdaue dar und bieten die Möglichkeiten qualitativ bessere Untersuchungsergebnisse im Bereich der Massenspektrometrie zu erzielen.