Identifying proteins from the glue of the salamander Plethodon shermani

Abstract

Als Abwehrmechanismus scheidet der Salamander Plethodon shermani eine klebrige Flüssigkeit aus, um Angreifer bewegungsunfähig zu machen. Solche biologischen Klebstoffe funktionieren unter einer Vielzahl unterschiedlichster Bedingungen und verfügen über eine starke Bindungskraft. Daher sind sie für die Entwicklung neuartiger Klebstoffsysteme in der Industrie oder Medizin von Interesse. Die Proteinbestandteile des Bioklebstoffs des P. shermani wurden durch Peptidmassen-Fingerprinting und Peptidsequenzierung mit Hilfe eines Matrix-unterstützten Laser-Desorption/Ionisation Flugzeitmassenspektrometers untersucht. Das Genom des P. shermani wurde bis jetzt noch nicht sequenziert, wodurch die Proteinidentifizierung erschwert wurde. Nichtsdestotrotz konnte mit Hilfe von zweidimensionaler Gelelektrophorese gezeigt werden, dass der Biokleber aus einem komplexen Proteingemisch besteht. Des Weiteren deutete die Probenvorbereitung auf einen hohen Kohlehydratanteil hin. In dieser Arbeit wurde ebenfalls eine Methode zur bildgebenden Ionenmobiltäts-Massenspektrometrie entwickelt, welche die Unterscheidung isobarer Moleküle, sowie die Charakterisierung verschiedener Analytklassen in nur einem Experiment ermöglicht. Mit Hilfe dieser Methode können die Hautdrüsen des P. shermani, welche für die Ausscheidung des Bioklebstoffes verantwortlich sind, direkt analysiert werden. Zurzeit ist die laterale Auflösung der entwickelten bildgebenden Ionenmobilitäts-Methode nicht fein genug um einzelne Hautdrüsen zu analysieren. Dennoch konnten Matrix-, bzw. Hintergrundmoleküle, sowie Peptide und Lipide unterschieden werden. Aufgrund dessen weist die entwickelte Methode ein hohes Potential zur Weiterentwicklung für kommende Experimente auf.

As a defense mechanism, the salamander species Plethodon shermani secrets a sticky fluid to immobilize predators. Such biological glues work under a large variety of conditions and show a high bonding strength, therefore they are of interest to help developing new adhesive systems for industrial or medical applications. To understand the bioglue of P. shermani, its protein components were analyzed by means of peptide mass fingerprinting and peptide sequencing, using a matrix assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometer. So far, the genome of P. shermani is not sequenced, therefore the protein identification was hampered. Nevertheless it could be shown by two-dimensional gel electrophoresis that the bioglue consists of a rather complex protein mixture and sample preparation indicated a high carbohydrate content. Furthermore within this thesis a method for ion mobility mass spectrometry imaging was developed, which allows the differentiation of isobaric molecules and the characterization of various analyte species within just one experiment. This method will be used to directly analyze the glands within skin tissue of P. shermani, which are responsible for bioglue segregation. However, the gained lateral resolution of the developed ion mobility imaging method is at the moment not good enough to analyze the salamander skin glands, but it allowed to distinguish molecules of interest from matrix or background molecules as well as to differentiate between peptide and lipid species and therefore has a high potential to be further improved for other imaging experiments.