Theo Luider en collega's van het Erasmus MC doen onderzoek naar kankercellen en hun metabolisme door met massaspectrometrie eiwitten te identificeren en te kwantificeren die bij die processen betrokken zijn. Voor die metingen zijn referentiematerialen nodig; standaard eiwitten die aan het monster worden toegevoegd en waarmee de eiwitproducten inclusief metabolieten in het monster kunnen worden vergeleken.
Om een uitspraak te kunnen doen over de hoeveelheid eiwitten worden de standaarden gelabeld met ¹³C of ¹⁵N. Daardoor verschuiven de signalen in het massaspectrogram één Dalton per gelabeld atoom. Het maken van deze referentie-eiwitten kost honderden euro's per microgram. Per monster gaat het om duizenden eiwitten. ‘Je kunt je voorstellen dat dit een astronomisch bedrag kost. Er is dus grote behoefte aan betere referenties’, zegt Luider.

Biosynthese
Tatiana Egorova, CEO van het Leidse bedrijf Protein Labelling Innovation (PLI), ontwikkelt een kosten-effectieve methode om gelabelde verbindingen te maken. PLI kweekt verschillende celtypen waarin alle koolstofatomen vervangen zijn door ¹³C en stikstofatomen door ¹⁵N. Egorova legt uit: ‘We gebruiken bijvoorbeeld gistcellen gelabeld met ¹³C of ¹⁵N om verschillende gelabelde verbindingen te maken. Gistextracten gebruiken we als voedingsstoffen voor het kweken van allerlei cellijnen met de bedoeling gelabeld biomateriaal te krijgen.’ Theo Luider voegt toe: ‘Het is synthetisch lastig om gelabelde eiwitten grootschalig te maken. Biosynthese biedt een alternatief. In de gistcellen zijn alle verbindingen gelabeld, zodat je een veel simpelere en fraaiere manier hebt om referentiematerialen te maken.’
Met een KIEM-subsidie van NWO testen Luider en Egorova nu of het mogelijk is om een extract van de gelabelde gist te gebruiken als voedingsbodem voor HeLa-cellen, een standaard kankercellijn. ‘De cellen blijken goed te groeien op dit extract. We hopen nu HeLa-cellen te krijgen die voor 99% gelabeld zijn met ¹³C’, vertelt Luider. ‘Dat moeten we vaststellen met LC-MS. Het aardige is dat de gelabelde en niet-gelabelde eiwitten chemisch identiek zijn. We kunnen ze dus gelijktijdig met LC identificeren hoewel hun massa verschillend is. In het massaspectrogram verschuift het signaal één Dalton per koolstofatoom. Het signaal kan dus wel tientallen Daltons verschoven zijn. Dat is een heel grote verschuiving.’
Bovendien zou de isotopenverdeling in de massaspectrogrammen verdwenen moeten zijn, zegt Luider. ‘In de natuur is een op de honderd C-atomen ¹³C, de rest is ¹²C. Normaal gesproken zie je met MS dus een kansverdeling van signalen. Die verdeling zijn we als het goed is kwijt. Ik ben benieuwd hoe dat eruit gaat zien.’ Het belangrijkste voordeel van de isotoop-gelabelde cellen is dat de onderzoekers nu op een goedkope manier een volledig gelabeld referentiemateriaal in handen hebben, vindt Luider. ‘Als dit werkt, hoeven we straks niet meer alle referentie-eiwitten apart te bestellen.’ Over enkele maanden moeten alle MS-experimenten afgerond zijn. Als blijkt dat op deze manier HeLa-cellen gelabeld kunnen worden, wil Luider het gelabelde gistextract ook als nutriënt gebruiken om andere kankercellijnen te labelen.
Egorova is met name geïnteresseerd in het ontwikkelen van nieuwe tools voor biomarkers, diagnostiek, drug delivery en drug design op basis van stabiel-isotoop-gelabelde technologieën in combinatie met (imaging) MS, IR en NMR ‘Het KIEM project biedt uitdagingen voor onderzoek van  Isotoop-labelling in combinatie met MS om nieuwe tool te ontwikkelen. Dat is voor PLI  een reden om te investeren in dit project en om de licentie van octrooi ter beschikking te stellen.’

Dit artikel is gepubliceerd in C2W10, juni 2016.