Center for Proteomics and Metabolomics

Wat is Glycomics

In glycomics onderzoek wordt de structuur en de functie van glycanen bestudeerd. Glycanen zijn koolhydraten (suikers) die covalent verbonden zijn aan andere typen biomoleculen, met name eiwitten en lipiden. Deze glycanen vormen onder andere een laagje aan de oppervlakte van alle menselijke cellen en spelen een belangrijke rol bij veel eiwitten die aanwezig zijn in ons bloed. Verder worden deze koolhydraatstructuren gevonden aan de buitenkant van pathogenen zoals virussen, bacteriën en parasieten. Het vormen van glycanen en het koppelen aan eiwitten gebeurt post-translationeel en wordt glycosylering genoemd. Glycanen kunnen de functie van een eiwit beïnvloeden zodat het bijvoorbeeld beter kan worden opgenomen door andere cellen of herkent wordt door een receptor. Onderzoek heeft aangetoond dat de glycosylering bij veel ziektes veranderd waardoor de interactie en communicatie tussen cellen wordt verstoord. Het is daarom van groot belang deze veranderingen nauwkeurig in kaart te brengen en te begrijpen hoe dit in relatie kan worden gebracht met een ziekte.

Doel van de Glycomics onderzoekslijn

De Glycomics groep ontwikkelt analytische methodes voor de bestudering van glycosylering van eiwitten, lipiden en cellijnen met behulp van massaspectrometrie. Aan de hand van deze methodes kan er preklinisch en klinisch onderzoek uitgevoerd worden dat zich richt op de bijdrage van glycanen aan een bepaald ziektebeeld, zoals reuma, ziekte van Crohn, en verschillende soorten van kanker zoals darmkanker en prostaatkanker. Daarnaast onderzoekt de groep glycanen die aanwezig zijn in bepaalde medicijnen en vaccins en wordt gekeken in hoeverre de glycosylering de werking van deze medicijnen en vaccins beïnvloedt.

Toepasbaarheid van Glycomics

Binnen de Glycomics groep kunnen wij een zogenaamd glycosyleringsprofiel vaststellen van bijvoorbeeld alle glycanen die aanwezig zijn in de bloedstroom of welke specifiek aanwezig zijn op een bepaald eiwit. Door de profielen van gezonde personen met profielen van zieke individuen te vergelijken kunnen veranderingen worden opgespoord en in relatie worden gebracht met een bepaald ziektebeeld (Figuur 1). Deze informatie kan worden gebruikt voor de verdere ontwikkeling van een klinische test met als doel een arts ondersteuning te bieden in het stellen van een diagnose en prognose, of het opstellen van een behandelplan voor een patiënt. Een glycosyleringsprofiel kan tevens ingezet worden als additionele informatie teneinde overbehandeling te voorkomen. Om te beoordelen of een profiel daadwerkelijk kan worden ingezet als ondersteuning, is een nauwe samenwerking met bijvoorbeeld clinici binnen en buiten het ziekenhuis cruciaal. Daarnaast kunnen bevindingen leiden naar verder pathofysiologisch onderzoek, namelijk waar de verschillen in glycosylering ontstaan binnen het lichaam en hoe we de ziekte beter kunnen begrijpen. Bij dit laatste is het van belang te achterhalen of en hoe bepaalde glycanen verbonden zijn aan een specifiek eiwit of lipide.

Figuur 1. Vanuit de kliniek komt er een vraag of glycosylering een rol speelt bij een bepaald ziektebeeld. Om te onderzoeken of de glycosylering inderdaad hierin een rol heeft zullen er monsters, zoals bloed, urine of weefsel, van een patiëntengroep worden onderzocht en zal het vergeleken worden met monsters van een controlegroep (geen ziektebeeld). De Glycomics groep zal kijken of er een bestaande methode gebuikt kan worden of dat er verdere methode ontwikkeling nodig is. Het onderzoek wordt verricht met een massaspectrometer en vaak in combinatie met een extra dimensie door middel van een scheidingstechniek (e.g. vloeistofchromatografie). Vervolgens wordt de data geanalyseerd en wordt er gekeken of bepaalde glycanen verhoogd of verlaagd zijn bij een bepaald ziektebeeld en als dit het geval is hoe dit kan worden gebruikt om de arts te ondersteunen in het maken van een behandelplan voor een patiënt. 
Figuur gemaakt door Guinevere Lageveen-Kammeijer.

Methode ontwikkeling binnen Glycomics

Methode ontwikkeling binnen de groep heeft als doel zoveel mogelijk informatie uit een monster (e.g. urine, bloed of weefsel) te verkrijgen omtrent de glycosylering. Hierbij zijn verschillende aspecten in de analyse van belang, zoals het zo efficiënt mogelijk isoleren van glycanen uit het monster (monsteropwerking) en een nauwkeurige structuuropheldering van de vertakkingen en bindingen van de glycanen. Een ander belangrijk aspect betreft de gevoeligheid van een methode, omdat de monsters van klinische toepassingen (bijv. weefsel of bloed) kostbaar en beperkt beschikbaar zijn. Het is belangrijk dat er methodes beschikbaar zijn die uit een klein volume zoveel mogelijk informatie kunnen halen. Ook houden wij ons bezig met het automatiseren van onze methoden, dit is noodzakelijk als er veel monsters in een keer onderzocht moeten worden. Idealiter worden alle ontwikkelingen uiteindelijk samengevoegd zodat er een zeer gevoelige, geautomatiseerde en informatieve methode ontstaat.

Wilt u specifiekere/gedetailleerde informatie over ons werk lezen, bezoek dan hier onze Engelstalige website. 

Wat is proteomics?

Processen in een cel worden geregeld door eiwitten. Omdat cellen verschillen in functie, zullen verschillende typen cellen ook een ander pakket aan eiwitten maken. Daarnaast kunnen veranderingen in de omgeving vereisen dat een cel zich aanpast, of kan een verstoring, bijvoorbeeld bij een ziekte, resulteren in veranderingen in het eiwitprofiel. Echter, niet alleen de hoeveelheid van een eiwit is van belang, want de functie van een eiwit wordt vaak ook bepaald door kleine veranderingen aan eiwitten, zogenaamde post-translationele modificaties.

Proteomics streeft ernaar om alle aanwezige eiwitten en hun modificaties in cellen en weefsels te identificeren en kwantificeren. De proteomicsgroep doet dat met behulp van massaspectrometrie. Door analyse van cellen en weefsels in gezonde en zieke toestand kunnen moleculaire veranderingen in cellen die geassocieerd zijn met ziekte worden opgespoord. Dit kan enerzijds door in detail de biochemische processen van een cel te analyseren, en anderzijds door globaal vergelijkende analyses. Verkregen data kunnen worden geïntegreerd met bijvoorbeeld resultaten vanuit genomics, transciptomics en metabolomics.

Doel van de onderzoekslijn Proteomics

De proteomicsgroep ontwikkelt analysemethoden en past ze toe om, veelvuldig in samenwerking, biomedische vraagstellingen op te lossen. Deze samenwerkingen zijn met partners binnen en buiten het LUMC, in binnen- en buitenland, met bijv. celbiologen, hematologen, oncologen, reumatologen en immunologen. Er wordt ook regelmatig samengewerkt met bedrijven. Daarnaast doet de proteomicsgroep eigen onderzoek, meest gefocust op bacteriële proteases, en op peptiden die aan de buitenkant van de cel kunnen worden gepresenteerd aan T-cellen.

Toepasbaarheid van proteomics

Proteomics is een techniek die zeer breed toegepast kan worden in nagenoeg alle velden van biomedische onderzoek. Dit vindt dan ook zijn weerslag in de samenwerkingen van de groep met voornoemde groepen en bedrijven. Binnen de eigen groep wordt binnen de bacteriële onderzoekslijn Clostridioidesdifficile bestudeerd, een bacterie die ernstige darminfecties kan veroorzaken. Diepgaand biochemisch onderzoek heeft onder andere geleid naar een nieuw protease met een bijzondere specificiteit. Dit protease speelt een rol bij de kolonisatie en verspreiding van de bacterie. Door het verkregen begrip kunnen potentieel drugs worden ontwikkeld om (het effect van) de bacterie te bestrijden. De andere onderzoekslijn binnen de groep bestudeert de peptiden die gepresenteerd worden op zogenaamde HLA-moleculen. Deze peptiden kunnen worden herkend door de T-cellen van ons immuunsysteem. In het geval van ziekte, bijvoorbeeld kanker maar ook autoimmuunziekten, kunnen deze peptiden zeer relevant zijn. Als een peptide bijvoorbeeld alleen maar op de tumorcellen wordt gepresenteerd zouden T-cellen die tumorcellen via hun T-cel receptor kunnen herkennen en doden. De identificatie van de gepresenteerde en specifiek ziekte-geassocieerde peptiden is dus een belangrijke stap in de ontwikkeling van immuuntherapie.

Methodeontwikkeling binnen proteomics

Ondanks dat er technisch al veel mogelijk is, zijn er nog steeds aspecten van de analyse en monstervoorbewerking die verbeterd kunnen worden. Denk daarbij aan nog betere gevoeligheid (waardoor minder monster nodig is). In dit verband wordt ook de mogelijkheid onderzocht om proteoomanalyses van één enkele cel te doen. De gevoeligheid van moderne massaspectrometers maakt dit in principe mogelijk.  Andere aspecten zijn verder de mogelijkheid om complexe eiwitmodificaties te identificeren, en het vermogen om minuscule hoeveelheden eiwitten te identificeren in zeer complexe mengsels. Aan het verbeteren van al deze aspecten wordt voortdurend geschaafd om alle vragen binnen de eerder genoemde projecten en samenwerkingen zo goed mogelijk te kunnen beantwoorden.

Wilt u meer informatie over ons werk lezen? Bezoek dan hier onze Engelstalige website.

Wat is Metabolomics/Lipidomics

Metabolomics en Lipidomics zijn onderzoeksgebieden met het doel de totaliteit aan lichaamseigen metabolieten en vetten in kaart te brengen. Bij zowel metabolomics als lipidomics maken we gebruik van analytisch chemische technieken, zoals massa spectrometrie en nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR). Met deze technieken kunnen kleine chemische moleculen geïdentificeerd en gekwantificeerd worden. Deze technieken kunnen op verschillende types weefsel en lichaamssappen worden toegepast.

Doel van de onderzoekslijn Metabolomics/Lipidomics

Het voornaamste doel van deze onderzoekslijn is het in kaart brengen van moleculaire veranderingen tijdens ziekteprocessen. Op basis van de metabolomics/lipidomics analyse kunnen biochemische processen die bij het ziekteproces een rol spelen geïdentificeerd worden. Vervolgens kan deze informatie gebruikt worden om zowel diagnostische testen als nieuwe behandelingsmethoden te ontwikkelen.

Toepasbaarheid van Metabolomics/Lipidomics

De metabolomics/lipidomics analyse wordt in een groot aantal verschillende ziektebeelden toegepast, bijvoorbeeld bij ontstekingsziekten (zoals reuma), kanker, neurologische ziekten (zoals multiple sclerose), non-alcoholic steato hepatitis (NASH) enz. Samen met onze klinische partner en farmaceutische bedrijven brengen wij moleculaire veranderingen binnen deze ziektebeelden in kaart en ontwikkelen op basis van deze kennis nieuwe diagnostische markers en therapieën.

Methode ontwikkeling binnen Metabolomics/Lipidomics

De Metabolomics/Lipidomics groep werkt met behulp van een aantal gestandaardiseerde methodes voor het in kaart brengen van metabolieten, vetten en lipiden. Daarnaast kan op aanvraag een specifieke methode worden ontwikkeld/toegepast voor het analyseren van metabolieten, lipiden of geneesmiddelen.

Wilt u specifiekere/gedetailleerde informatie over ons werk lezen, bezoek dan hier onze Engelstalige website.

Wat is Mass Spectrometry Imaging

Beeldvormende massaspectrometrie (Mass Spectrometry Imaging; MSI) is een techniek waarbij massaspectrometrie wordt gecombineerd met microscopische beeldvorming. Met behulp van deze analytische techniek kunnen “landkaarten” van weefsels worden gemaakt op moleculair niveau.

Het gebruik van een massaspectrometer om moleculen te detecteren en te kwantificeren geeft MSI een aantal van haar unieke eigenschappen; honderden moleculen van interesse kunnen gelijktijdig en direct uit weefsels gemeten worden, zonder het gebruik van moleculaire labels. Dit in tegenstelling tot andere beeldvormingstechnieken zoals immunohistochemie, fluorescentiemicroscopie en autoradiografie, waarbij het molecuul van interesse moet worden voorzien van een detecteerbaar label. Door de weefsels op verschillende manieren te bewerken voor de analyse met MSI, kunnen wij een grote diversiteit aan informatie uit de weefsels verkrijgen. Denk hierbij aan verschillende moleculaire klassen, zoals eiwitten, eiwit modificaties, vetten (lipiden) en metabolieten. Door de MSI te combineren met conventionele beeldvormende technieken (zoals microscopie) kunnen zeer gedetailleerde reconstructies gemaakt worden van weefsels en de locatie van de gedetecteerde moleculen in het weefsel.

Doel van de onderzoekslijn MSI

Het doel van de MSI-onderzoekslijn is tweeledig; enerzijds wordt er gefocust op het ontwikkelen van nieuwe methoden (met name in de monstervoorbewerking) om meer chemische informatie uit weefsels te extraheren. Anderzijds worden de beschikbare methoden toegepast in klinische en preklinische studies om pathologen, moleculair- en celbiologen van meer chemische informatie uit de weefsels van interesse te voorzien.

Toepasbaarheid van MSI

MSI kan worden gebruikt om de locatie van moleculen in weefsels te bestuderen. Hiermee is MSI een interessante techniek binnen onderzoek naar de ontwikkeling van tumoren. Vaak zijn er binnen een tumor grote verschillen tussen kanker cellen, maar zijn deze niet altijd door de microscoop te zien. Dit maakt het bepalen van een accurate diagnose moeilijk, en op zijn beurt bemoeilijkt dit ook de bepaling van prognose en behandelmethode voor de patiënt. De verschillen tussen tumor cellen die niet door de microscoop zichtbaar zijn, zijn vaak wel te detecteren met MSI, omdat de verschillende cellen vaak verschillende moleculaire profielen hebben. Door deze verschillen bloot te leggen kan het onderzoek in de MSI groep in de toekomst wellicht verandering brengen in de diagnose, prognose en bepaling van de juist behandeling van patiënten.

Uiteraard is MSI niet enkel toepasbaar in onderzoek naar tumoren. Ook andere ziektebeelden waarin moleculaire veranderingen optreden terwijl de morfologie van cellen onveranderd blijft zijn erg interessant. Zo is de MSI-groep in het LUMC onder andere betrokken bij onderzoeken naar multiple sclerose (MS), diabetes, en spierdystrofie.

Methode ontwikkeling binnen MSI

Naast de toepassingen van MSI op verschillende ziektebeelden werkt de MSI-groep in het LUMC ook veel aan het ontwikkelen van nieuwe weefsel opwerkingsmethoden. Zoals eerder beschreven kan door het aanpassen van de monstervoorbewerkingsmethode kan de moleculaire klasse die gemeten wordt met MSI bepaald worden. Door het ontwikkelen van nieuwe methoden proberen we enerzijds “nieuwe” moleculaire klassen beschikbaar te maken voor MSI-analyse en anderzijds de gevoeligheid van methoden te verhogen zodat er meer moleculaire informatie uit dezelfde hoeveelheid startmateriaal gehaald kan worden. Voor de klinische toepassingen wordt gebruik gemaakt van kostbaar weefsel, beschikbaar gesteld door patiënten of afkomstig uit experimentele diermodellen. Door meer moleculaire informatie uit de weefsels te halen kunnen deze weefsels optimaal gebruikt worden.  

Wilt u meer informatie over ons werk lezen, bezoek dan hier onze Engelstalige website.

Wat is Bioinformatica?

Bioinformatica is een essentieel onderdeel geworden van vele biologische en biomedische onderzoeksgebieden. Bioinformatica technologieën zoals beeld- en signaalverwerking zorgen ervoor dat relevante resultaten uit een grote hoeveelheid zogenaamde ruwe data kunnen worden geabstraheerd. In de genetica en bij genomics onderzoek speelt bioinformatica een belangrijke rol bij het sequencen en annoteren van het genoom en het in kaart brengen van daarbij behorende mutaties. Daarnaast is bioinformatica belangrijk voor zogenaamde text mining van wetenschappelijke literatuur en het opstellen en ontwikkelen van biomedische ontologieën ten einde biologische data te organiseren en toegankelijk te maken. Andere omics-velden waarbij bioinformatica een grote rol speelt zijn analyses van eiwitexpressie en -regulerings data (proteomics) en metabolomics data.

Doel van de onderzoekslijn Bioinformatica

Bioinformatica maakt het vergelijken van genomics, proteomics en metabolomics datasets mogelijk met als algemeen doel inzicht te verkrijgen in evolutionaire aspecten van moleculaire biologie. Bioinformatica analyseert en categoriseert biologische processen en netwerken, die onderdeel uitmaken van een gebied dat systeembiologie wordt genoemd. Een meer specifiek klinisch doel van bioinformatica is ziekten beter te begrijpen en te diagnosticeren. Door biologische processen te verbinden met omics-data kan bioinformatica bijdragen aan medicijnontwikkeling.

Toepasbaarheid van Bioinformatica

Bioinformatica vindt toepassingen in systeembiologie in het algemeen en in alle genoemde omics-velden in het bijzonder.  Daarnaast maakt het systematische text mining mogelijk. Een structuurbiologisch toepassing van bioinformatica betreft simulaties, modeleringen en het vergelijken van biomoleculaire structuren en interacties. Een voorbeeld zijn de interacties van SARS-CoV-2, het virus dat verantwoordelijk is voor COVID-19, met humane eiwitten die ervoor zorgen dat het virus het lichaam binnen kan dringen.

Methodeontwikkeling binnen Bioinformatica

De Bioinformatics Group bij CPM omvat een breed scala aan expertises voor de analyse van proteomics en metabolomics datasets verkregen met behulp van massaspectrometrie. Daarnaast houdt de groep zich bezig met multiomics data integratie en systematische text mining van wetenschappelijke literatuur. De groep loopt voorop bij het ontwikkelen en inzetten van zogenaamde scientific workflows voor proteomics data analyse en het combineren van

Wilt u meer informatie over ons werk lezen? Bezoek dan hier onze Engelstalige website.