Proteomik von Stammzellen und Krebs

Unsere Forschung

Häufig werden Proteine als die Arbeitspferde der Zelle bezeichnet, da sie maßgeblich die biochemischen Prozessen steuern, die den Zellen ihre Identität verleihen und sie mit ihren spezifischen Funktionen ausstatten. Ihre Expression ist streng reguliert, kann jedoch durch Umweltfaktoren oder genetische Mutationen aus dem Gleichgewicht geraten, was die Ursache vieler Krankheiten, enschließlich Krebs, darstellt. Aus diesem Zusammenhang zieht unsere Forschung seine Motivation, Proteine als die zentralen Treiber zellulärer Veränderungen zu untersuchen. Hierbei versuchen wir, weitreichende Einblicke in die Regulation des Proteoms zu gewinnen, um die Vorgänge zu erklären, die zu Krebs führen und ihre Reaktion auf neuartige Wirkstoffe bestimmen.

Mit diesem Ziel vor Augen, setzen wir auf die Massenspektrometrie als leistungsstarke Technologie zur detaillierten Charakterisierung des Proteoms, die es uns erlaubt ganze Regulationswege in Krebszellen und –gewebe zu untersuchen und miteinander in Verbindung zu bringen. In Kombination mit biochemischen und computergestützten Methoden entwickeln wir spezielle Ansätze, um die regulatorischen Ebenen im Proteom zu verstehen, mit besonderem Schwerpunkt auf sekretierten, Chromatin- und RNA-assoziierten Proteinen. Darüber hinaus haben wir Methoden zur spezifischen Analyse von Proteinsynthese und -abbau entwickelt, um die Verschaltung von Signalnetzwerken und die zelluläre Reaktion auf externe Störfaktoren zu untersuchen. Weiterhin treiben wir aktiv die Entwicklung neuartiger Methoden voran, um die Proteomik zu einer noch sensitiveren und robusteren Technologie für klinische und low-input Anwendungen zu machen. Besonderer Fokus liegt hierbei auf der Prozess-Miniaturisierung und -Automatisierung, um die Vermessung von einzelnen Zellen zu ermöglichen.

Forschungsthemen

Krebsproteomik

Wir verwenden modernste Methoden und Geräte der Massenspektrometrie für die tiefgehende und quantitative Untersuchung des Proteoms klinischer Proben. Hierbei haben wir durch die Entwicklung von SP3 für die automatisierte Probenvorbereitung neue Standards gesetzt, die es uns und anderen Forschern erlaubt, eine Vielzahl von Probentypen (einschließlich Zellen, Plasma, frisch-gefrorenes und FFPE-Gewebe) im Hochdurchsatz zu analysieren. In Zusammenarbeit mit unseren klinischen Partnern wenden wir dieses Verfahren an, um Tumorrückfälle (relapse) bei verschiedenen Krebsarten zu verstehen, mit dem Ziel, Marker für das Ansprechen auf die Behandlung zu identifizieren, die klinische Entscheidungen für eine bessere Patientenversorgung ermöglichen.

Unsere wichtigsten Publikationen zu diesem Thema

Krebs-Signalübertragung und Proteinnetzwerke

Krebszellen gestalten ihr Proteom infolge genetischer Mutationen oder der Exposition gegenüber Wachstumsfaktoren, was tiefgreifende Auswirkungen auf das Fortschreiten der Krankheit hat. Um die Auswirkungen solcher Ereignisse auf der Proteinebene zu verstehen, haben wir einen neuartigen Proteomik-Ansatz entwickelt, der gepulste SILAC-Markierung, Click-Chemie und Massenspektrometrie kombiniert. Auf diese Weise können wir die unmittelbare Reaktion der Zelle auf Störungen erfassen, die sich durch die Synthese naszierender Proteine oder deren Abbau ausdrückt, was sich gleichermaßen auf das intrazelluläre Proteom wie auch extrazelluläre Sekretom anwenden lässt. Unsere aktuelle Forschung nutzt diesen Ansatz, um nachgeschaltete Effektoren von Krebsmedikamenten und onkogenen Mutationen zu identifizieren, die Zusammensetzung und das Zusammenspiel der von ihnen regulierten Stoffwechselwege zu charakterisieren und den Wirkmechanismus von Medikamenten zu bestimmen. Langfristiges Ziel ist es, in diesen Netzwerken Proteine zu identifizieren, die als Angriffspunkte für Medikamente zur Krebsbehandlung dienen können.

Unsere wichtigsten Publikationen zu diesem Thema

Protein-Interaktionsnetze mit RNA und Chromatin

Proteine interagieren in hohem Maße mit RNA, um deren Translation und Stabilität zu regulieren, bzw.mit DNA, um dessen Transkription im Chromatin zu steuern. Angesichts dieser Rolle von Proteinen im Zentrum zellulärer Regulation haben wir Methoden entwickelt, Protein-Netzwerke zu beschreiben und dabei zu untersuchen, wie diese bei Stress (z.B. DNA-Schäden) oder medikamentöser Behandlung umgestaltet werden. Hierzu gehören sowohl Ansätze zur Identifizierung von bestimmten Proteinen, die mit ausgewählten Chromatin-assoziierten Proteinen kolokalisiert sind (ChIP-SICAP), als auch Ansätze zur globalen Charakterisierung der Proteinzusammensetzung des Chromatins. Beide Techniken finden weitreichende Anwendung in unserer aktuellen Forschung zur Unterschung von zellulären Signalwegen, um Mechanismen im Chromatin zu identifizieren, welche vorgelagerte Signalereignissendurch eine spezifische Antwort des Proteoms verarbeiten.

Unsere wichtigsten Publikationen zu diesem Thema

Einzelzell-Proteomik

Verbesserungen in der Empfindlichkeit moderner Massenspektrometer und der Effizienz von Techniken zur Probenvorbereitung haben neue Perspektiven für die Proteomanalyse auf Einzelzellebene eröffnet, auch wenn zahlreiche technische Herausforderungen noch immer bestehen. In diesem Zusammenhang treiben wir aktive die Entwicklung anspruchsvoller Methoden voran, um dem Erfolg dieser neuartigen Technologie näher zu kommen. Insbesondere erforschen wir neue Wege zur Handhabung von einzelnen Zellen, um Probeverluste zu minimieren und ihren Durchsatz zu erhöhen. Zudem verstricken wir experimentelle und computergestützte Ansätze, um die Identifizierung von niedrig-abundanten Proteinen und die Vollständigkeit unserer Datenerhebung zu verbessern. Unser Ziel ist es, diese Technologie weiter zu verbessern und sie zum Verständnis zellulärer Heterogenität und Plastizität in der Krebsbiologie einzusetzen.

Unsere wichtigsten Publikationen zu diesem Thema

Unser Team

Die Mitglieder unseres Teams haben komplementäre Hintergründe in (analytischer) Chemie, Molekularbiologie, Biochemie und klinischer Forschung. Was uns zusammenbringt, ist die Faszination für die Massenspektrometrie und ihre zahlreichen Anwendungen zum Verständnis der Komplexität und Dynamik des Proteoms. Unsere Motivation ist es, Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie das Proteom Krankheitsprozesse bei Krebs reguliert, um neue Ansatzpunkte für die Krebsbehandlung zu entdecken.

Prof. Dr. Jeroen Krijgsveld

Group leader
Dr. Syed Ali

Postdoc
Karim Aljakouch

Postdoc
Katharina Bölz

MSc student
Alexandra Delipetrou

Technician
Gesa Durniock-Thierschmann

Administrative assistant
Raphael Heilig

Research associate
Pablo Henneman

MSc student
Karl Krull

Postdoc
Roman Ladig

Project manager
Elena Markeviciute

PhD student
Azhar Orynbek

Technician
Martin Otterbein

Data scientist
Anastasiia Sergeeva

PhD student
Sara Signoretti

Visiting PhD student
Selin Ulukaya

PhD student
Adrian-Daniel Vasiu

PhD student

Profil anzeigen
Qianying Yang

PhD student

Profil anzeigen
Sarah Zimmermann

MD student

Publikationen

Alle unsere Publikationen in PubMed

Cell Chem Biol. 2025.

Degradome analysis to identify direct protein substrates of small-molecule degraders.

Jochem M, Schrempf A, Wagner LM, Segal D, Cisneros J, Ng A, Winter GE, Krijgsveld J.

Mol Cell Proteomics. 2025.

Isolation of proteins on chromatin (iPOC) reveals signaling pathway-dependent alterations in the DNA-bound proteome.

Wang H, Syed AA, Krijgsveld J, Sigismondo G.

Nat Commun. 2025.

Longitudinal omics data and preclinical treatment suggest the proteasome inhibitor carfilzomib as therapy for ibrutinib-resistant CLL.

Arseni L, Sigismondo G, Yazdanparast H, Hermansen JU, Mack N, Ohl S, Kalter V, Iskar M, Kalxdorf M, Friedel D, Rettel M, Paul Y, Ringshausen I, Eldering E, Dubois J, Kater AP, Zapatka M, Roessner PM, Tausch E, Stilgenbauer S, Dietrich S, Savitski MM, Skånland SS, Krijgsveld J, Lichter P, Seiffert M.

J Proteome Res. 2025.

Multicenter longitudinal quality assessment of MS-based proteomics in plasma and serum.

Kardell O, Gronauer T, von Toerne C, Merl-Pham J, König AC, Barth TK, Mergner J, Ludwig C, Tüshaus J, Giesbertz P, Breimann S, Schweizer L, Müller T, Kliewer G, Distler U, Gomez-Zepeda D, Popp O, Qin D, Teupser D, Cox J, Imhof A, Küster B, Lichtenthaler SF, Krijgsveld J, Tenzer S, Mertins P, Coscia F, Hauck SM.

Cancer Commun. 2025.

Comprehensive DSRCT multi-omics analyses unveil CACNA2D2 as a diagnostic hallmark and super-enhancer-driven EWSR1::WT1 signature gene.

Geyer FH, Ritter A, Kinn-Gurzo S, Faehling T, Li J, Jarosch A, Ngo C, Vinca E, Aljakouch K, Orynbek A, Ohmura S, Kirchner T, Imle R, Romero-Pérez L, Díaz-Martín J, Bertram S, de Álava E, Henon C, Postel-Vilnay S, Banito A, Sill M, Versleijen-Jonkers Y, Mayer BFB, Ebinger M, Sparber-Sauer M, Stegmaier S, Baumhoer D, Hartmann W, Krijgsveld J, Horst D, Delattre O, Grohar PJ, Grünewald TGP, Cidre-Aranaz F.

Nat Commun. 2025.

mTORC1 cooperates with tRNA wobble modification to sustain the protein synthesis machinery.

Hermann J, Borteçen T, Kalis R, Kowar A, Pechincha C, Vogt V, Schneider M, Helm D, Krijgsveld J, Loayza-Puch F, Zuber J, Palm W.