$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
In den letzten zehn Jahren haben schnelle Entwicklungen in der Massenspektrometrie (MS) in Verbindung mit einem besseren Verständnis der Chromatographietechniken wesentlich zur Weiterentwicklung der MS-basierten Proteomik beigetragen. Molekularbiologische Techniken wie Western Blotting und Immunhistochemie leiden seit langem unter Reproduzierbarkeitsproblemen, langsamer Durchlaufzeit, Variabilität zwischen Beobachtern und ihrer Unfähigkeit, Proteine genau zu quantifizieren, um nur einige zu nennen. Zu diesem Zweck bietet die überlegene Empfindlichkeit von Hochdurchsatz-Proteomik-Ansätzen Molekularbiologen weiterhin ein alternatives und zuverlässigeres Werkzeug, um die Rolle von Proteinen in Zellen besser zu verstehen. Schrotflinten-Proteomik-Ansätze (Data Dependent Acquisition oder DDA) können jedoch oft keine proteinarmen Proteine in komplexen Geweben nachweisen und sind stark von der Empfindlichkeit und Auflösung des Instruments abhängig. In den letzten Jahren haben Labore auf der ganzen Welt Techniken wie Data Independent Acquisition (DIA) entwickelt, die eine erhöhte Rechenleistung und zuverlässige Software erfordern, die mit diesen hochkomplexen Datensätzen umgehen kann. Diese Techniken sind jedoch noch in Arbeit und nicht sehr benutzerfreundlich. Gezielte MS-basierte Proteomik-Ansätze bieten eine perfekte Balance zwischen dem hohen Durchsatz von MS-Ansätzen und der Sensitivität molekularbiologischer Ansätze wie ELISA. Ein gezieltes massenspektrometriebasiertes Proteomik-Experiment konzentriert sich auf den Nachweis hypothesengetriebener Proteine oder Peptide aus entdeckungsbasierten Shotgun-Proteomik-Experimenten oder durch verfügbare Literatur1,2. Multiple Reaction Monitoring (MRM) ist ein solcher gezielter MS-Ansatz, der ein Tandem-Quadrupol-Massenspektrometer zum genauen Nachweis und zur Quantifizierung von Proteinen / Peptiden aus komplexen Proben verwendet. Die Technik bietet eine höhere Empfindlichkeit und Spezifität, obwohl ein Gerät mit niedriger Auflösung erforderlich ist.
Ein Quadrupol besteht aus 4 parallelen Stäben, wobei jede Stange mit der diagonal gegenüberliegenden Stange verbunden ist. Zwischen den Quadrupolstäben entsteht durch Anlegen von wechselalten HF- und Gleichspannungen ein schwankendes Feld. Die Flugbahn der Ionen im Quadrupol wird durch das Vorhandensein der gleichen Spannungen über gegenüberliegende Stäbe beeinflusst. Durch Anlegen der HF-DC-Spannung kann die Flugbahn der Ionen stabilisiert werden. Es ist diese Eigenschaft des Quadrupols, die es ermöglicht, ihn als Massenfilter zu verwenden, der selektiv bestimmte Ionen passieren lassen kann. Je nach Bedarf kann ein Quadrupol entweder im statischen Modus oder im Scan-Modus betrieben werden. Der statische Modus lässt nur Ionen mit einem bestimmten m / z passieren, was den Modus sehr selektiv und spezifisch für das interessierene Ion macht. Der Scan-Modus hingegen lässt Ionen über den gesamten m/z-Bereich passieren. So können Tandem-Quadrupol-Massenspektrometer auf 4 mögliche Arten arbeiten: i) der erste Quadrupol arbeitet im statischen Modus, während der zweite im Scanmodus arbeitet; ii) der erste Quadrupol arbeitet im Scanmodus, während der zweite im statischen Modus arbeitet; iii) beide Quadruppole, die im Scanmodus arbeiten; und iv) beide Quadruppole, die im statischen Modus3arbeiten. In einem typischen MRM-Experiment arbeiten beide Quadrupolen im statischen Modus, so dass spezifische Vorläufer und ihre resultierenden Produkte nach der Fragmentierung überwacht werden können. Dies macht die Technik sehr empfindlich und selektiv und ermöglicht eine genaue Quantifizierung.
Für Molekularbiologen sind das menschliche Hirngewebe und seine Zellen eine Fundgrube. Diese bemerkenswerten Einheiten eines immer interessanten Organs des menschlichen Körpers können molekulare und zelluläre Einblicke in seine Funktionsweise liefern. Proteomische Untersuchungen des Hirngewebes können uns nicht nur helfen, die systemische Funktion eines gesunden Gehirns zu verstehen, sondern auch die zellulären Bahnen, die durch eine Krankheit dysreguliert werden4. Das Hirngewebe mit all seiner Heterogenität ist jedoch ein sehr komplexes zu analysierendes Organ und erfordert einen konzertierten Ansatz zum besseren Verständnis der Veränderungen auf molekularer Ebene. Die folgende Arbeit beschreibt den gesamten Arbeitsablauf von der Extraktion von Proteinen aus Hirngewebe über die Erstellung und Optimierung der Methoden für den MRM-Assay bis hin zur Validierung der Targets (Abbildung 1). Hier haben wir systematisch die wichtigsten Schritte eines erfolgreichen MRM-basierten Experiments mit menschlichem Hirngewebe hervorgehoben, mit dem Ziel, die Technik und ihre Herausforderungen einer breiteren Forschungsgemeinschaft vorzustellen.