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Qualitätskontrolle in der medizinischen Diagnostik – Charakterisierung von Protein-Modifikationen

10.05.2017

Das humane Zytomegalievirus ist ein β-Herpesvirus mit starker Verbreitung; hat sich ein Mensch einmal mit dem Virus infiziert, so verweilt der Mikroorganismus ein Leben lang im Körper. Bei gesunden Menschen hat die Infektion keine Symptome zur Folge, da das Virus durch spezifische T-Zellen des Abwehrsystems in Schach gehalten wird. Bei immunsupprimierten Patienten allerdings kann die Zahl der Virus-spezifischen T-Zellen absinken und so eine Reaktivierung des Virus stattfinden. Davon sind vor allem Empfänger von Transplantaten betroffen, wodurch die post-operativen Behandlungskosten deutlich erhöht werden. Ein Ansatz, um dieser Entwicklung entgegenzuwirken, ist die regelmäßige Überprüfung des Virus-spezifischen T-Zellen-Levels bei Risikopatienten. Damit kann im Bedarfsfall die Reaktivierung des Virus durch Verabreichen antiviraler Medikamente unterdrückt werden. Zur immunologischen Quantifizierung der Virus-spezifischen T-Zellen wird neben der Blutprobe des Patienten ein spezifisches Virus-Protein verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass die chemische Modifikation dieses Proteins zu einer gesteigerten Sensitivität der T-Zell-Diagnostik führt.

Um nun auf molekularer Ebene Einblick in die eingeführten Modifikationen zu erhalten, werden drei verschiedene massenspektrometrische Methoden angewendet: Zunächst wird das intakte Protein untersucht; durch den Vergleich der Molekülmassen von natürlichem und modifiziertem Protein kann die Anzahl der modifizierten Protein-Varianten sowie ihr jeweiliger Modifikationsgrad bestimmt werden. Da zwei unterschiedliche Aminosäuren (Lysin und Arginin) chemisch verändert werden können, wird das Protein im nächsten Schritt in seine Aminosäure-Bestandteile hydrolysiert und der mittlere Anteil der modifizierten Lysine durch Isotopenverdünnungs-Massenspektometrie bestimmt; dadurch kann automatisch auf den mittleren Anteil der modifizierten Arginine geschlossen werden. Im letzten Schritt wird das Virus-Protein mit Hilfe spezifischer proteolytischer Enzyme in definierte Peptid-fragmente gespalten. Durch ihre Analyse können schließlich die exakten Positionen identifiziert werden, an denen das Protein mit einer Modifikation versehen wurde. Zusammengefasst dienen diese Messungen nicht nur der Kontrolle des (modifizierten) Virus-Proteins, sondern sollen darüber hinaus auch Aufschluss über den Mechanismus der sensitiveren T-Zell-Diagnostik geben.