SELDI-TOF MS in Clinical Proteomics

SELDI-TOF MS in
Clinical Proteomics Suche nach Biomarkern
J.Y.M.N. Engwegen, M.-C. W. Gast, J.H.M. Schellens und J.H. Beijnen
Katrin Splith
Monique Richter
23.11.06
SELDI-TOF MS
1. Schritt:
• Auswahl
eines geeigneten ProteinChip Arrays
SELDI-TOF MS
2. Schritt:
• Auftrag
biologischer Proben, wie z.B. Serum,
Zelllysate und Blut
SELDI-TOF MS
3. Schritt:
• Entfernen
der nicht gebundenen Komponenten
• Zugabe energieabsorbierender Moleküle als Matrix
SELDI-TOF MS
4. Schritt:
• Analyse mittels MALDI-TOF Massenspektrometer
Genomics
• in der Krebsforschung zunächst Untersuchung des
menschlichen Genoms  Genomics
• Vorgänge wie Splicen und posttranslationale
Modifikationen werden dabei nicht berücksichtigt
Proteomics
• Gesamtheit der Proteine eines biologischen
Systems (Proteom) gibt genauere Aussage über
dessen Zustand
• Untersuchung des Proteoms  Proteomics
Proteomics
•Clinical Proteomics:
- Suche nach verändertem Verhalten
(in Expression, Struktur und Funktion)
in Bezug auf Krankheiten
• Unterscheidung in:
 Functional Proteomics
- Untersuchung der veränderten
Funktion des Zielproteins
 Expression Proteomics
- Quantitative Proteinuntersuchung
Biomarker
• messbare Produkte von Organismen, die als
Indikatoren herangezogen werden können
• im Proteom werden als Indikatoren Proteine
verwendet
• durch Vergleich von Proben gesunder und kranker
Organismen können diese erkannt werden
Biomarker
• Unterscheidung in:
 diagnostische Marker
- zeigen Stadium der Krankheit an
 prognostische Marker
- zeigen Anlage für Krankheit an
- Vorhersage für Medikamentenbehandlung
Protein Profiling
• quantitativer Vergleich der erhaltenen Messdaten
erkrankter und gesunder Individuen
• Aufnahme von TOF-Spektren
• jedoch häufig in Pseudo-Gel
Ansicht dargestellt
• Übereinanderlegen der
Spektren lässt eine Überoder Unterregulierung
erkennen
Protein Profiling
Protein Profiling
• Identifizierung
der über- oder unterregulierten
Proteine nur mittels weiterer Analysen möglich
• keine qualitative Methode, aber Diagnose bestimmter
Krankheiten schon frühzeitig möglich
 Möglichkeit einer individuellen und tumororientierten
Therapie
Anwendungsbeispiele in der Medizin
1. Krebsforschung
 Eierstockkrebs
- zunächst zelloberflächenlokalisiertes
Glykoprotein Krebsantigen (CA)125 identifiziert
 geringe Sensitivität und Spezifität
- mittels SELDI-TOF MS konnten spezifische
Biomarker gefunden werden, z.B.
Haptoglobinfragment
Anwendungsbeispiele in der Medizin
Anwendungsbeispiele in der Medizin
 Brustkrebs
- im Gegensatz zu üblichen Methoden wie
Mammographie ist mit SELDI-TOF MS eine
frühzeitige Krebsdiagnose möglich
- bisher mehrere Biomarker gefunden, jedoch
treten je nach Probe (Gewebe, Serum, Plasma)
und Probenbehandlung (Arrays, Software, …)
Unterschiede auf
Anwendungsbeispiele in der Medizin
Anwendungsbeispiele in der Medizin
 Prostatakrebs
- einziger Krebs bei dem zur Zeit eine
reproduzierbare und systematische SELDI-TOF
Untersuchung möglich ist
 weitere Krebsarten
- Darmkrebs, Leberkrebs, Nierenkrebs,
Bauchspeicheldrüsenkrebs
Anwendungsbeispiele in der Medizin
2. Andere Anwendungsgebiete
Alzheimer Krankheit
- die für die Krankheit typischen
Eiweißablagerungen (Amyloid-Plaques) im
Gehirn können detektiert werden
 AIDS
- vereinfacht Feststellung des CAFs (CD8 cell
anti-HIV factor)
 Charakterisierung posttranslationaler Modifikationen
Ausblick
• Ausbau der Biomarkerforschung
 Identifizierung des tumorspezifischen Proteins
 Feststellen des Entwicklungsstadiums des Karzinoms
 Einblick in den Mechanismus der Krankheit
• Verbesserung der Reproduzierbarkeit
 Entwicklung eines standardisierten Verfahrens
• Anwendung im Therapiemanagement
 erkennen (chemo)therapieabhängiger Veränderungen
 Möglichkeit einer individuellen Therapie
Zusammenfassung
• Proteomics verspricht bessere Krankheitsdiagnose
durch Detektion proteomischer Muster
• Biomarker als Indikatoren für zellspezifische
Änderungen
• SELDI-TOF MS Verspricht frühzeitige Erkennung
verschiedener Krebsarten und anderer Krankheiten
Literatur
• J.Y.M.N. Engwegen et al. (2006) Clinical proteomics: searching for better
tumour markers with SELDI-TOF MS. TRENDS in Pharmacological
Sciences, 27, 251-259
• Z. Xiao et al. (2004) Proteomic patterns: their potential for disease
diagnosis. MCE, 230, 95-106
• www.ciphergen.com/doclib/docFiles/262.pdf
• S.G.Soltys et al. (2004) The Use of Plasma SELDI-TOF MS Proteomic
Patterns for Detection of Head and Neck Squamous Cell Cancers. CCR, 10,
4806-4812
• N. Tang et al. (2003) Current Developments in SELDI Affinity Technology,
MS Reviews, 23, 34-44
• K.D. Rodland (2004) Protenomics and cancer diagnosis: the potential of
mass spectrometry. Clinical Biochemistry, 37, 579-583
• F. Vitzthum et al. (2005) Protenomics : From Basis Reasearch to
Diagnostic Application. A Review of Requierments and Needs. Journal of
Proteom Research, 4, 1086-1097.