Überblick

Die Phosphoproteomik ist die groß angelegte Untersuchung der Proteinphosphorylierung — einer der am weitesten verbreiteten und funktionell wichtigsten posttranslationalen Modifikationen. Die Phosphorylierung reguliert nahezu jeden Aspekt des Zelllebens, einschließlich Enzymaktivität, Protein-Protein-Interaktionen, subzellulärer Lokalisierung und Signaltransduktion. Die Phosphoproteomik zielt darauf ab zu identifizieren, welche Proteine phosphoryliert sind, an welchen Resten (hauptsächlich Serin, Threonin und Tyrosin) und wie sich der Phosphorylierungsstatus als Reaktion auf Reize verändert. Das Feld kombiniert Phosphopeptid-Anreicherungsstrategien mit hochauflösender Massenspektrometrie und spezialisierter Bioinformatik, um das Phosphoproteom in beispielloser Tiefe zu kartieren.

Schlüsselkonzepte

Die Phosphopeptid-Anreicherung ist essentiell, da phosphorylierte Peptide typischerweise unterstöchiometrisch im Vergleich zu ihren nicht-phosphorylierten Gegenstücken vorliegen. Übliche Anreicherungsmethoden umfassen die Immobilisierte-Metall-Affinitäts-Chromatographie (IMAC) und Titan dioxide (TiO2)-Chromatographie, die beide die Affinität von Phosphatgruppen zu Metalloxiden ausnutzen. Stellenlokalisierungs algorithmen wie Ascore, Mascot Delta Score und die Lokalisierungswahrscheinlichkeit von MaxQuant bestimmen den genauen Rest, der das Phosphat trägt. Die Motivanalyse identifiziert Sequenzmuster um Phosphorylierungsstellen herum, um auf vorgeschaltete Kinasepräferenzen zu schließen. Kinase-Substrat-Beziehungen können aus diesen Motiven vorhergesagt und experimentell validiert werden.

Anwendungen

Die Phosphoproteomik ist zentral für das Verständnis der Zell signal-Netzwerke. Sie hat die Signalkaskaden downstream von Rezeptor-Tyrosinkinasen und G-Protein-gekoppelten Rezeptoren kartiert, Übersprechen mit Second-Messenger-Signalwegen aufgedeckt und die JAK-STAT-Signal-Achse aufgeklärt. In der Krebsforschung identifiziert die Phosphoproteomik aberrant aktive Kinasen, die als therapeutische Ziele dienen können, und ermöglicht Präzisionsonkologie-Ansätze, die Inhibitoren auf die fehlregulierten Signal knoten abstimmen, die das Tumorwachstum antreiben.