Charakterisierung prädiktiver Protein Netzwerke und neuer Ziel-Proteine des Neuroblastoms

Leitung:		Prof Dr. W. Schubert, Dr. A. Oberthür,                                                      Prof. Dr. F. Berthold
Institut:		Molecular Pattern Recognition Research Group, Universität. Magdeburg
Homepage:		www.med.uni-magdeburg.de/Zentrale

Das Teilprojekt 9 basiert auf einer neuen Technologie (MELC/TIS). Die Technologie ermöglicht es erstmals, zusammenhängende Protein Netzwerke in einzelnen Zellen oder einzelnen Gewebeschnitten zu lokalisieren, die für die Myriaden normaler zellulärer Funktionen und Fehlfunktionen bei Krankheiten verantwortlich sind. Die Technologie beruht auf zyklischen Fluoreszenz Imaging Abläufen auf ein und derselben biologischen Probe. Dadurch wird die bisherige Grenze der Fluoreszenzmikroskopie im Hinblick auf die gleichzeitige Sichtbarmachung von nur wenigen Proteinen aufgehoben: Es kann eine quasi beliebige Zahl von Proteinen gleichzeitig sichtbar gemacht werden. Dabei wird gleichzeitig die subzelluläre Auflösung für molekulare Netzwerke erheblich gesteigert („functional super-resolution“) (Abb. 1). Es ergibt sich ein exponentieller Zuwachs biologischer Information: Zusammenlagerungen höherer Ordnung von Proteinen (Protein Cluster, Supermoleküle), die sich zu Netzwerken verbinden, sind unmittelbar als Mosaik erkennbar und können mit exakten mathematischen Methoden quantifiziert werden. Bisher verborgene hierarchische Regeln der räumlichen Organisation von Proteinen im sogenannten Toponom (kompletter Protein Netzwerk Code von Zellen und Geweben) werden zugänglich. Wie wir schon gezeigt haben, decken Toponom Daten sog. Leitproteine auf, die abnorme molekulare Netzwerke bei Krankheiten kontrollieren (proof of concept). Auf der Grundlage dieser neuen Methoden wurden in diesem Projekt krankheitsspezifische Supermoleküle als Gewebe-weite Netzwerke exakt bestimmt, wie z.B. für regressive und aggressive Verkaufsformen des Neuroblastoms. Der zugrunde liegende zelluläre Mechanismus wurde entschlüsselt. Hieraus ergeben sich neue prädiktive diagnostische Möglichkeiten und Therapieansätze, die auf die Destruktion der aggressiven Supermoleküle abzielen („Molekulares Skalpell“).


Abbildung 1
Links: Mehr als 7.000 verschiedene Protein Cluster innerhalb einer einzelnen Zelle.
Schubert W, Bonnekoh B, Pommer AJ, Philipsen L, Boeckelmann R, Malykh Y, Gollnick H, Friedenberger M, Bode M., Dress AW. Analyzing proteome topology and function by automated multidimensional fluorescence microscopy. „Cover story“ in Nature Biotechnology 2006; 24(10): 1270 – 1278 (mit Titelbild, siehe oben).

Mitte: Abbott A. Mapping Togetherness. Nature 443, 609, 2006 (Proteomics Research Highlight zu Nat Biotechnol 2006, s.o.)

Rechts: Ein umfassendes Proteinnetzwerk der Zelloberfläche einer einzelnen Zelle.
Friedenberger M, Bode M, Krusche A, Schubert W. Fluorescence detection of protein clusters in individual cells and tissue sections by using toponome imaging system (TIS): sample preparation and measuring procedures. „cover story“ in Nature Protocols 2007; 2(9):2285-94 (mit Titelbild, siehe oben).




Abbildung 2
Oben: Supermolekül in der Zelloberflächenmembran (aggressives Neuoblastom, Gewebeschnitt).

Unten: Supermolekül in der Zelloberflächenmembran (regressives Neuoblastom, Gewebeschnitt). Diese Supermoleküle kommen in quasi allen Neuroblastomzellen als Leitmotif vor. Sie sind charakteristisch für Neuoblastomzellen im Gewebeverband, also direkt im kranken Gewebe der Patienten. Die einzelnen Farben bezeichnen verschiedene Eiweißmoleküle, die gemeinsam, einem „Plan“ folgend, den räumlichen Bau der jeweils krankheitsspezifischen Funktion festlegen.