In einer Studie veröffentlicht im Journal Nationale Wissenschaftsüberprüfungentwickelten Forscher eine amplifizierbare Proteinidentifizierungsmethode namens „AmproCode“.
Die ultrasensitive Proteinidentifizierung ist wichtig, stellt jedoch eine große Herausforderung dar, da Proteine im Gegensatz zu Nukleinsäuren, deren Amplifikation auf die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) angewiesen ist, nicht direkt amplifiziert werden können.
Die Autoren sind jedoch überzeugt, dass die Anwendung einer Sammlung von rückstandsspezifischen Reaktionen, die selektiv verschiedene Aminosäuretypen mit den amplifizierbaren DNA-Barcodes markieren können, in Verbindung mit der innovativen Proteom-Datenbank-Matching-Methode letztlich zu einer bahnbrechenden Technik für die Umwandlung von Proteinen in amplifizierbare Moleküle führen könnte. In dieser Studie validierten sie ihre Idee sowohl rechnerisch als auch experimentell.
Sie entwickelten zunächst computergestützte Tests zum Abgleich von Proteomdatenbanken und zur theoretischen Schätzung der Identifizierungsrate von AmproCode. Die Computerergebnisse zeigten, dass 99 % der Proteine im gesamten Proteom und 93 % der Proteine im Sekretom nach der Quantifizierung von nur vier Resttypen identifiziert werden konnten, was die theoretische Grundlage für ihre Methode bildete.
Sie wählten außerdem rational mehrere Resttypen aus, darunter Cys, Lys, Met, Asp/Glu und Tyr für AmproCode. Sie testeten ihre restspezifischen chemischen Reaktionen sowohl an kleinen Molekülen als auch an Peptiden und entwickelten die DNA-Barcoding-Strategie.
Anschließend demonstrierten die Forscher AmproCode durch die Identifizierung verschiedener synthetischer Peptide, darunter ELA, URP und Aβ, die im Sekretom gefunden wurden. Ihre Technik ermöglicht die Identifizierung von Proteinen bei einer extrem niedrigen Konzentration (fmol/L), was 10 bis 10.000 Mal empfindlicher ist als die üblichen Ansätze auf Basis von Massenspektrometrie und ELISA. Dies zeigt, dass AmproCode die Fähigkeit zur amplifizierbaren Proteinidentifizierung aus Spurenproben besitzt.
Darüber hinaus bewerteten sie die Leistung von AmproCode unter verschiedenen Bedingungen durch computergestützte Schätzungen. Sie fanden heraus, dass die Quantifizierung größerer Rückstände zu einer deutlichen Verbesserung der Abdeckung, Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit von AmproCode führen könnte.
Obwohl es sich hierbei lediglich um eine Proof-of-Concept-Studie handelt, bietet ihr neuartiges Konzept des amplifizierbaren Protein-Fingerprintings einen neuen Rahmen für die Entwicklung der Proteinsequenzierung der nächsten Generation, die möglicherweise endlich die Einzelzell-Proteomik ermöglicht und die Entdeckung klinischer Biomarker fördert.
Die Studie wurde von Prof. Peng R. Chen und Prof. Chu Wang (College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking-Tsinghua Center for Life Sciences, Academy for Advanced Interdisciplinary Studies, Peking University) geleitet.
Mehr Informationen:
Weiming Guo et al., Amplifizierbare Proteinidentifizierung mittels Rückstands-aufgelöstem Barcoding und Zusammensetzungscodezählung, Nationale Wissenschaftsüberprüfung (2024). DOI: 10.1093/nsr/nwae183