Mikroarray-basierende Proteomanalyse zur Detektion tumorspezifischer Markerproteine in Nierenzellkarzinomen

Abstract

Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde eine Assay-Technologie aufgebaut, die parallelisierte und miniaturisierte Systeme zur sensitiven Quantifizierung und Expressionsanalyse von Proteinen in Zellkultur- und Gewebelysaten verwendet. Hierzu wurden Lysate von Geweberesektaten in einem Mikroarray-Format auf planaren Substraten angeordnet. Der Nachweis der Analyten erfolgte über ein Fluoreszenzdetektionsverfahren, das zur Sensitivitätssteigerung mit der Planaren Wellenleitertechnologie kombiniert wurde. Über neu entwickelte Verfahren zur Qualitätskontrolle der Protein-Mikroarrays konnte eine hohe Spezifität und Reproduzierbarkeit der gemessenen Signale erreicht werden. Mit geringen Mengen an Probenmaterial wurde ein größerer Satz klinischer Proben auf den Gehalt an MHC Klasse I-Molekülen über zwei verschiedene MHC I-Strukturelemente (Beta2-Mikroglobulin und HLA-A) absolut quantifiziert. Es konnte gezeigt werden, dass die erzielte Sensitivität der Signaldetektion große Vorteile in der Anwendung der Technologie bietet. So konnten die zur Quantifizierung immobilisierten Standardverdünnungsreihen über einen großen dynamischen Bereich mit hoher Linearität und niedriger Nachweisgrenze detektiert werden. Es konnte über die MHC Klasse I-Quantifizierungsanalysen ein noch unbekanntes Phänomen der Überexpression von HLA-A und Beta2-Mikroglobulin in den untersuchten Tumorgeweben beschrieben werden. Dieses Ergebnis wurde qualitativ in Western-Blot-Analysen nachvollzogen. Vergleichend durchgeführte mRNA-Expressionsanalysen von Beta2-Mikroglobulin, HLA-A und HLA-B,C konnten die beobachtete Überexpression in schwächerer Ausprägung bestätigen. Die Reverse-Screening-Technologie wurde des Weiteren zur Charakterisierung der Proteinexpression von Tumor-assoziierten Antigen eingesetzt, die über HLA-Epitop-Analysen identifiziert wurden. Es konnten bereits bekannte Tumormarker bestätigt und neue Tumormarker-Kandidaten nachgewiesen werden. Die sinnvolle Kombination von HLA-Epitop-Analysen und Mikroarray-basierten Proteinexpressionsanalysen zur Validierung und Identifizierung von Tumormarkern wurde aufgezeigt. Die Applikation der neu etablierten Plattform für Phosphorylierungsstudien in Tumor- und Normalgeweben konnte überzeugend dargestellt werden.

The aim of the study was to establish an assay technology using parallelised and minituarised systems for sensitive quantification and expression analysis of proteins in lysates derived from cell culture and tissue samples. Therefore lysates of tissue biopsies were immobilised in a microarray format on planar substrates. Analytes were detected using a fluorescence detection method. The readout system was combined with the planar waveguide technology to improve sensitivity. High specificity and reproducibility of measured results could be realised due to newly developed methods for quality control of printed protein microarrays. Using only minute amounts of samples it was possible to quantify the amount of two different structure elements of MHC class I molecules (beta2 microglobulin and HLA-A) in a larger set of clinically derived samples. Due to the high sensitivity of signal detection great advantages for the application of this technology could be shown. It was possible to quantify immobilised standard dilution series over a wide dynamic range with high linearity and low limits of detection. By analysing MHC class I quantification results a new phenomenon of HLA-A and beta2 microglobulin overexpression in tumor tissue could be detected. This result was qualitatively supported by Western blot analysis. mRNA expression analysis of beta2 microglobulin, HLA-A and HLA-B,C showed comparable results. The reverse screening technology was applied to characterise the protein expression of tumor associated antigens which have been identified by HLA epitope analysis. Thus it was possible to confirm established tumor markers. New tumor marker candidates could be detected. It could be shown that the combination of HLA epitope analysis with microarray-based protein expression analysis for the validation and identification of tumor markers provides great opportunities for meaningful proteome analysis. Furthermore, the newly established platform could be succesfully applied to study phosphorylation patterns in tumor and normal tissue.