Einzelzellproteomik

Einzelzellproteomik ist die Analyse der Proteomzusammensetzung in einzelnen Zellen. Sie zielt darauf ab, Proteine, deren Abundanzen und posttranslationale Modifikationen auf Einzelzellenbene zu bestimmen, um Heterogenität in Zellpopulationen, unterschiedliche Zellzustände und Entwicklungswege zu verstehen.

Die technologische Grundlage bilden hochsensitiv arbeitende Massenspektrometrie-Systeme und fortgeschrittene Probenvorbereitungsmethoden. Typische Ansätze verwenden nano-LC-MS/MS mit isobarischer Beschriftung (z. B. TMT) oder label-free Quantifizierung; um die geringe Proteomkapazität einer einzelnen Zelle zu nutzen, kommen Techniken wie nanoPOTS (nanodroplet Processing in One pot for Trace Samples) und Carrier-Proteom-Techniken (bei denen ein Proteincarrier verwendet wird, um Signalstärke und Quantifizierung zu verbessern) zum Einsatz. Erste Konzepte wie SCoPE-MS und verwandte Workflows haben gezeigt, dass einzelne Zellen messbar gemacht werden können, oft durch gezielte Verdünnung, peptide-Destillationen und hochauflösende MS-Analytik.

Zu den zentralen Herausforderungen gehören der extrem niedrige Proteininhalt einzelner Zellen, stochastische Stichprobenahme, Lücken in den Datensätzen und die Empfindlichkeit gegenüber Kontaminationen. Die Datenanalyse erfordert spezialisierte Ansätze zur Normalisierung, Fehlervalidierung und zur Integration von Informationen über Zellen hinweg.

Anwendungen der Einzelzellproteomik umfassen die Charakterisierung zellulärer Heterogenität in Entwicklungsprozessen, Krebsforschung, Neurowissenschaften und Immunologie. Sie ermöglicht Einblicke in Regulationsnetzwerke, Signalwege und Proteindynamiken, die mit Einzelzelltranskriptomen nicht direkt zugänglich sind. Ausblickend wird an noch höheren Empfindlichkeiten, gesteigertem Durchsatz und integrierten Multi-Omik-Plattformen gearbeitet.