Mass spectrometric methods for measuring dynamic processes, drug-induced effects and target engagement on the cell surface glycoproteome

Abstract

Das Plasmamembranproteom ist hochdynamisch und spielt eine entscheidende Rolle in vielen biologischen Prozessen, wodurch dieses Subproteom ein prominentes Ziel für pharmazeutische Eingriffe ist. Darüber hinaus gibt es immer mehr Hinweise auf aktive Mechanismen für die Ein- und Ausschleusung von Wirkstoffen durch membrangebundene Transporter. Daher kann die Expression dieser Proteine die Wirkung von Wirkstoffen beeinflussen und zu Arzneimittelresistenz führen. Ein detailliertes Verständnis der Zusammensetzung des Oberflachenproteoms und dessen Dynamik kann somit einen großen Einfluss auf die Arzneimittelforschung haben. Die Analyse von Zelloberflächenproteinen ist jedoch aufgrund ihrer biochemischen Eigenschaften und ihrer geringen Mengen eine Herausforderung. In dieser Arbeit wurde ein sensitives und selektives Protokoll für die umfassende Identifizierung und Quantifizierung von Zelloberflächenproteinen mittels Massenspektrometrie etabliert. Weiterhin wurde dieses Protokoll mit dem kürzlich beschriebenen Thermal Proteome Profiling (Savitski 2014) kombiniert, um Wirkstoffbindungen an Membranproteinen auf lebenden Zellen zu analysieren.

The plasma membrane proteome is highly dynamic and has crucial roles in many biological processes rendering this subproteome a prominent target for pharmaceutical intervention. Furthermore, there is growing evidence for active drug in- and efflux mechanisms by membrane-bound transporters. Thus, expression of these proteins affects drug-target engagement and can lead to drug resistance. A detailed understanding of the plasma membrane proteome composition and its dynamics can have a significant impact on drug discovery. However, analysis of the cell surface proteome is challenging due to its biochemical properties and low abundance. Here, a sensitive and selective enrichment protocol was established for the comprehensive identification and quantification of cell surface accessible proteins by mass spectrometry. In addition, we combined the recently described thermal proteome profiling (Savitski 2014) enabling target identification and determination of target engagement with our protocol to specifically monitor drug binding to cell surface presented membrane proteins on live cells.