Einzelzell-Proteomik des menschlichen Blastoids

Proteine sind die Endprodukte eines Entschlüsselungsprozesses, der mit den Informationen in der zellulären DNA beginnt. Als Bausteine für die gesamte Maschinerie in einer Zelle geben Proteine der Zelle Struktur und sorgen als bewegungsausführende Elemente dafür, dass motorische Funktionen korrekt ablaufen. Außerdem dienen Proteine als Katalysatoren für praktisch jede biochemische Reaktion, die in Lebewesen stattfindet. Proteine bestehen aus Aminosäuren, und mehrere Aminosäuren sind durch Peptidbindungen aneinandergereiht und bilden so eine lange, lineare Kette. Die Gesamtheit aller Proteine einer bestimmten Zelle wird als Proteom bezeichnet. Die klassische Methode zur Untersuchung von Proteomen ist heute die Kombination von zwei Techniken, der Flüssigkeitschromatographie und der Massenspektrometrie. Die aus einer Million Zellen extrahierten Proteine werden in kleine Stücke geschnitten, die Peptide genannt werden. Mit Hilfe der Flüssigkeitschromatographie wird dieses komplexe Peptidgemisch nach seinen chemischen Eigenschaften aufgetrennt. Die einzelnen Peptide werden dann mit Hilfe der Massenspektroskopie untersucht, die Massen mit extrem hoher Präzision messen kann. Dies ermöglicht die Identifizierung der Aminosäurezusammensetzung eines Peptids und schließlich der Peptide und Proteine in einer bestimmten Mischung. Eine Blastozyste ist eine Hohlkugel aus etwa hundert Zellen, die sich aus einer befruchteten Eizelle fünf bis sechs Tage nach der Befruchtung bildet. Diese Kugel ist ein heterogenes System, das drei verschiedene Zelltypen umfasst: pluripotente Epiblastzellen, die den eigentlichen Embryo bilden, extraembryonale Trophektodermzellen und primitive Endodermzellen, die zur Plazenta bzw. zum Dottersack beitragen. Kürzlich wurde ein neues Modell der menschlichen Blastozyste namens Blastoid eingeführt, ein vielversprechendes, spontan organisiertes, auf Stammzellen basierendes Modell, das dem Entwicklungsverhalten der Blastozyste sehr nahe kommt. In diesem Projekt möchte ich das Proteom des Blastoids während seiner Entstehung charakterisieren, um Einblicke in die Mechanismen der frühen Embryonalentwicklung zu erhalten. Leider ist das Blastoid ein winziges und heterogenes System, das eine Anpassung des klassischen Ansatzes zur Untersuchung von Proteomen auf Einzelzellniveau erfordert. Mein Ziel ist es, eine robuste Methode zu entwickeln: Ich werde die Probenvorbereitung optimieren und verschiedene Möglichkeiten der Datenerfassung und -auswertung testen, um einen Kompromiss zwischen Empfindlichkeit und Durchsatz der Methode zu finden. Die Charakterisierung der Veränderungen im Proteom während der Blastoidbildung wird zu einem besseren Verständnis der Art und Weise beitragen, wie die Zellen miteinander kommunizieren und welche Mechanismen für die Anheftung und das Eindringen in die Gebärmutterwand verantwortlich sind.