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Proteine dienen als grundlegende Einheiten, durch die die meisten zellulären Funktionen ausgeführt werden. Die Charakterisierung der Struktur und Funktion relevanter Proteine ist ein wesentlicher Schritt, um biologische Prozesse zu verstehen. In den letzten zehn Jahren haben Fortschritte in der Massenspektrometrietechnologie, der Analysesoftware und den Datenbanken den genauen Nachweis und die Messung von Proteinen auf einer proteomweiten Skala ermöglicht1. Die auf Massenspektrometrie basierende Proteomik kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, von der grundlagenwissenschaftlichen Analyse biochemischer Signalwege über die Identifizierung neuartiger Wirkstoffziele in einem translationalen Umfeld bis hin zur Diagnose und Überwachung von Krankheiten in der Klinik2. Beim Screening nach neuartigen Wirkstoffzielen ist die Charakterisierung des Zelloberflächenproteoms besonders wichtig, da über 65 % der derzeit zugelassenen Humanarzneimittel auf Zelloberflächenproteine abzielen3. Auch das Gebiet der Krebsimmuntherapie stützt sich vollständig auf krebsspezifische Zelloberflächenantigene, um Tumorzellen anzugreifen und spezifisch zu eliminieren4. Die massenspektrometrische Proteomik kann daher als vielversprechendes Werkzeug dienen, um neue Zelloberflächenproteine für therapeutische Eingriffe zu identifizieren.
Es gibt jedoch einige Einschränkungen bei der Verwendung herkömmlicher Proteomik-Methoden, um Tumorzellen auf neue Ziele für Zelloberflächenproteine zu untersuchen. Ein Hauptproblem ist, dass Oberflächenproteine nur einen sehr kleinen Teil der gesamten Proteinmoleküle in einer Zelle ausmachen. Daher werden Fragmente dieser Proteine bei der massenspektrometrischen Analyse des Ganzzelllysats durch eine hohe Abundanz intrazellulärer Proteine maskiert5. Diese Einschränkung macht es schwierig, das Proteom der Zelloberfläche mit einem herkömmlichen Proteomik-Workflow genau zu charakterisieren. Um diese Herausforderung zu bewältigen, ist es notwendig, Wege zu entwickeln, um Zelloberflächenproteine aus dem Ganzzelllysat anzureichern, bevor sie mit dem Massenspektrometer analysiert werden. Eine dieser Methoden beinhaltet die Oxidation und Biotinmarkierung von glykosylierten Zelloberflächenproteinen in den intakten Zellen und die anschließende Anreicherung dieser biotinylierten Proteine aus dem Lysat mit einem Neutravidin-Pulldown, ein Prozess, der als "cell surface capture" bezeichnet wurde6. Da man davon ausgeht, dass ~85% der Oberflächenproteine von Säugetierzellen glykosyliert sind7, dient dies als effektive Methode zur Anreicherung des Zelloberflächenproteoms aus dem gesamten Zelllysat. Dieser Artikel beschreibt einen vollständigen Arbeitsablauf, beginnend mit kultivierten Zellen, von der Biotinmarkierung auf der Zelloberfläche bis hin zur anschließenden Probenvorbereitung für die massenspektrometrische Analyse (Abbildung 1). Über mehrere Replikate hinweg bietet diese Methode eine robuste Abdeckung des Zelloberflächenproteoms einer bestimmten Probe. Die Verwendung dieser Methode zur Charakterisierung des Zelloberflächenproteoms sowohl von Tumorzellen als auch von gesunden Zellen kann die Entdeckung neuartiger Zelloberflächenantigene erleichtern, um potenzielle immuntherapeutische Ziele zu identifizieren8.