Hochdurchsatzanalytik für Proteinglykosylierung

Die Proteinglykosylierung (Anhängen von Zuckermolekülen) spielt vor allem für die Stabilität von Proteinen und deren Transport zu spezifischen subzellulären Kompartimenten eine Rolle. Veränderungen der Glycanstruktur gehen häufig mit einer Modulation der Proteinaktivität einher, was in hohem Maße mit Krankheiten wie Krebs, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen assoziiert wird. Zudem können Glykoproteine als aussagefähige klinische Biomarker in der Diagnostik und auch als therapeutische Zielstrukturen dienen.

Um dem steigenden medizinischen Bedarf bei der Charakterisierung von Protein-Glykosylierungsereignissen gerecht zu werden, entwickelt das EU-finanzierte Projekt HIGHGLYCAN (Methods for high-throughput (HTP) analysis of protein glycosylation) analytische Methoden für die zuverlässige Quantifizierung einer Vielzahl von Glycanstrukturen in komplexen biologischen Proben. Geplant ist dabei der Einsatz von Ultrahochdruck-Flüssigkeitschromatographie, Kapillar-Gelelektrophorese mit laserinduzierter Fluoreszenzdetektion sowie massenspektrometrischen Verfahren.

Schwerpunkt des ersten Projektabschnitts war bislang die Entwicklung geeigneter Methoden zur Probenvorbereitung und Analyse der Proteinglykosylierung. Dabei wurden deutliche Fortschritte bei der Verbesserung der Messtechnik sowie Robotisierung und Automatisierung von Probenvorbereitungsmethoden gemacht. Das Ergebnis waren mehrere automatisierte analytische Arbeitsabläufe für die Proteinglykosylierung, die durch Analyse von 1.800 Proben validiert wurden. Anschließend erfolgte eine genetische Korrelation mit spezifischen SNP (Einzelnukleotid-Polymorphismen), was deutlich das enorme Potential dieser Methoden für die hochdurchsatzfähige biomedizinische Forschung demonstrierte.

Das Hauptziel von HIGHGLYCAN ist die Umsetzung der entwickelten Technologie in biotechnologische Anwendungen. So wurden bislang mehrere dieser Techniken bei industriellen glycoanalytischen Anwendungen und Herstellung glycoanalytischer Kits eingesetzt.

Angesichts der strukturell komplexen Glykosylierung und noch bestehender technologischer Hürden ist das analytische System von HIGHGLYCAN eine zuverlässige Lösung für die hochdurchsatzfähige Identifizierung und Quantifizierung von Glykanen. Mögliche Anwendungen wären etwa Glykosylierungsveränderungen bei Erkrankungen wie Diabetes wie auch die Identifizierung diagnostischer Biomarker.