Benzo(a)pyren induzierte Zellantwort

Projektbeschreibung

Benzo(a)pyren (B(a)P) ist ein karzinogener polyaromatischer Schadstoff, der durch unvollständige Verbrennungsvorgänge entsteht und zum Beispiel im Zigarettenrauch vorkommt. Im Systembiologieprojekt "Von Schadstoffmolekülen zur zellulären Antwort" der Helmholtz-Allianz für Systembiologie werden die durch B(a)P induzierten Veränderungen in Leberepithelzellen (Hepa1c1c7) mit verschiedenen Methoden analysiert.
Die einzelnen Teilprojekte beschäftigen sich dabei mit der intrazellulären Schadstoffverteilung, der Interaktion von B(a)P mit dem Arylhydrocarbonrezeptor (AhR), sowie der Gen- und Proteinregulation als zeit- und konzentrationsabhängige zelluläre Antwort (Abb. 1).

Projektüberblick "Von Schadstoffmolekülen zur zellulörer Antwort"

Abb.1 Projektüberblick "Von Schadstoffmolekülen zur zellulären Antwort"

Ziel dieser Analysen ist die Entwicklung eines komplexen mathematischen Modells um Vorhersagen über die biologische Bedeutung für strukturell ähnliche Schadstoffe ohne weitere experimentelle Arbeiten zu treffen.
Für dieses Modell werden verlässliche quantitative Proteomdaten benötigt. Veränderungen in der Proteinexpression werden über Techniken wie die 2D-Gelelektrophorese mit Fluoreszenzfarbstoffen (2D-DIGE) (Abb. 2A) und massenspektrometrischer Analyse (MALDI-/ ESI-MS) detektiert. Des Weiteren kommen neue Gel-freie MS-basierte Methoden wie SILAC (Einbau von isotopen-markierten Aminosäuren in Zellkultur) (Abb. 2B) und MRM (gezielte quantitative Bestimmung eines Proteins) zum Einsatz.

Abb A zeigt ein 2D-DIGE-Gel mit 1200 Proteinspots. Die ermittelten, in folge der BaP-Inkubation 120 regulierten Spots wurden annotiert. Vergrößerungen der Spots von 4 ausgewählten Proteine sowie deren Expressionsprofile sind in Abb. B dargestellt..

Abb.2: DIGE-basierte Proteomanalyse. Panel A zeigt ein 2D-DIGE-Gel mit 1200 Proteinspots. Die ermittelten, in Folge der BaP-Inkubation 120 regulierten Spots wurden annotiert. Vergrößerungen der Spots von 4 ausgewählten Proteine sowie deren Expressionsprofile sind in Abb. B dargestellt.

Chromatogramm des Totalionenstromes der Proteinanalyse einer SILAC-Probe mittels nano-Hochleistungsflüssigchromatographie-nano-Elektrospay-Massenspektrometrie. Mittels SILAC konnte die zeit- und –konzentrationsabhängige Expression von ~1.000 Proteinen verfolgt werden.

Abb. 3: Chromatogramm des Totalionenstromes der Proteinanalyse einer SILAC-Probe mittels nano-Hochleistungsflüssigchromatographie-nano-Elektrospay-Massenspektrometrie. Mittels SILAC konnte die zeit- und konzentrationsabhängige Expression von ~1.000 Proteinen verfolgt werden.

Beteiligte Wissenschaftler

Kooperationen

Helmholtz Alliance on Systems Biology
Project 4: From contaminant molecules to cellular response
- Irina Lehmann, Saskia Trump (UFZ Immunology)
- Thomas Hanke, Rizwan Ali (TU Dresden)
- Andreas Beyer, Jacob Michaelson (TU Dresden)
- Kristin Schirmer, Danielle Madureira (EAWAG Zürich)
- Sabine Attinger, Juliane Mai, Saadia Faisal (UFZ Division of Computational Environmental Systems (CES)

Publikationen

Large-scale 2-D DIGE studies - guidelines to overcome pitfalls and challenges along the experimental procedure
Franziska Dautel, Stefan Kalkhof, Saskia Trump, Irina Lehmann, Andreas Beyer, Martin von Bergen
Journal of Integrated OMICS, accepted, 2011

DIGE based protein expression analysis of BaP-exposed hepatoma cells reveals a complex stress response including alterations in oxidative stress, cell cycle control, and cytoskeleton motility at toxic and subacute concentrations
Dautel F, Kalkhof S, Trump S, Michaelson J, Beyer A, Lehmann I, von Bergen M
J. Proteome Res., Just Accepted Manuscript, DOI: 10.1021/pr100723d, Publication Date (Web): 20 November 2010

High-throughput generation of selected reaction-monitoring assays for proteins and proteomes.
Picotti P, Rinner O, Stallmach R, Dautel F, Farrah T, Domon B, Wenschuh H, Aebersold R.
Nat Methods. 2010 Jan;7(1):43-6. Epub 2009 Dec 6.

Förderung