Farlig bakteries enzymer blir viktiga verktyg för proteinkemi

En forskargrupp vid Umeå universitet har tillsammans med forskare i München identifierat två enzymer från den sjukdomsframkallande Legionellabakterien vilka är mycket användbara för att kemiskt modifiera proteiner som kan ingå i läkemedel. Resultaten presenteras i den ansedda kemitidskriften Angewandte Chemies internationella upplaga.

Bakterier som infekterar celler inifrån använder sig av specifika kemiska reaktioner för att ta över värdcellens signalmaskineri och därigenom göra cellen till en lämplig omgivning för bakterien att föröka sig i. För att åstadkomma detta pumpar bakterien ut olika enzymer i värdcellen, vilka agerar som kemiska katalysatorer och modifierar värdcellens egna proteiner. Det leder till att proteinerna inte längre kan göra sina jobb, alternativt börjar utföra andra saker än vad de ursprungligen skulle göra.

Ett av dessa enzym finns i Legionellabakterien och kallas AnkX. Den sätter igång fastsättande av en liten så kallad fosfokolinmolekyl på några av värdcellens proteiner, och lite senare i infektionsförloppet skickar bakterien ut ett nytt enzym, kallat Lem3, för att ta bort den lilla molekylen. För närvarande är det inte känt varför det finns ett enzym som sedan tar bort molekylen från värdcellens proteiner.

– Det som är så intressant med intracellulära bakteriers kemi är att den är annorlunda mot våra egna cellers kemi. Här har vi en unik chans att ta fram enzymer som kan användas specifikt inom biokemi, cellbiologi och bioteknik utan att ha överlappande reaktivitet med våra egna cellers enzymer. säger Christian Hedberg, forskningsledare vid kemiska institutionen och korresponderande författare till arbetet.

I den dagliga forskningen arbetar man hårt med att försöka förstå de kemiska förloppen i infektioner, men ibland hittar man alltså speciella tillämpningar.

– Idén att använda AnkX-Lem3-systemet för proteinmärkning kom av en slump när vi studerade hur AnkX modifierade vissa proteiner med fosfokolin. Vi såg nämligen att AnkX inte brydde sig nämnvärt om vilken tredimensionell struktur proteinet hade, bara att aminosyrasekvensen hos proteinet stämde. Då anade vi att det borde vara möjligt att använda systemet för att modifiera vilka proteiner som helst, där den lilla aminosyrasekvensen på åtta aminosyror som AnkX känner igen har lagts till på genetisk väg.

Studien visar också att det går att finjustera reaktiviteten hos systemet. Med AnkX kan en märkning sättas på och med Lem3 kan den tas av. Detta öppnar upp för helt nya applikationer – exempelvis möjligheten att slå på och av ett proteins funktion vid bestämda tidpunkter, genom att först tillsätta AnkX och sedan Lem3.

– Det är detta gör systemet med AnkX-Lem3 unikt. Det finns inte något annat enzymatiskt märkningssystem baserat på en kort peptidsekvens som är reversibelt.

Ett tänkbart medicinskt användningsområde i framtiden kan vara att utveckla mycket selektiva märkningar av biomolekyler, till exempel för inbindning av cancerläkemedel till särskilda antikroppar för att minska sidoeffekterna.

Christian Hedbergs forskargrupp vid Umeå universitet har arbetat tillsammans under flera år med Aymelt Itzens forskargrupp vid det tekniska universitetet i München. Forskarlaget har haft ett brett vetenskapligt angreppsätt i studien – organisk syntes, biokemi och molekylärbiologi har gått hand i hand. De tyska forskarna har utfört den biokemiska karaktäriseringen.

Utan möjligheten till framställning av ett stort antal varianter av Legionella-enzymerna och olika proteinsubstrat hade studien inte varit möjlig. En av de avgörande faktorerna var proteinexpertisplattformen (PEP) i KBC-huset vid Umeå universitet.

– Utan PEP hade vi inte kunna ha så högt arbetstempo i det här projektet, vi har kunnat lämna bort tidskrävande rutinarbete till specialister, säger Christian Hedberg.

Om proteinexpertis-plattformen (PEP) vid Umeå universitet:

Umeå Universitet har en stark forskningsmiljö i form av en teknisk plattform i toppklass för framställning av proteiner vid Kemiskt Biologiskt Centrum, KBC. PEP bistår forskarna i KBC-miljön med råd och teknisk support runt bioinformatik, kloning av genetiskt material samt produktion av rekombinanta proteiner. PEP bedriver även projekt tillsammans med forskare från medicinsk fakultet och SLU och är en central del av den kompletta infrastrukturen för Life science i Umeå.

Läs mer: http://www.kbc.umu.se/platforms/pep-protein-expertise-platform.html

Originalartikel:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201502618/abstract

För mer information, kontakta gärna:

Christian Hedberg, universitetslektor vid kemiska institutionen

Telefon: 070-444 27 72

E-post: christian.hedberg@umu.se

Pressbild för nedladdning. Foto: Falk Sieland

https://umu.exigus.com/package/7f13d6e42c9a0fd60778d38bde04d0c7