Ett steg mot förbättrad förståelse för bakteriella sjukdomar

Kemister från Umeå universitet har tillsammans med forskare i Hamburg utvecklat en direkt metod för att fånga bakteriella toxiners substrat. Resultaten har publicerats i tidskriften Nature Chemistry.

Bakteriella infektioner är orsaken till många humana sjukdomar. Under evolutionens gång har patogena bakterier utvecklat kemiska metoder för att manipulera sina värdceller för deras egen nytta. För att uppnå detta frisätter bakterierna enzymer som kemiskt modifierar värdcellens proteiner. Kunskap om dessa mekanismer är grundläggande för att förstå, och i förlängningen behandla bakteriella infektioner.

Ett stort problem vid identifierandet av bakteriella enzymers målproteiner i värdcellen är att ett fåtal kemiska modifieringar på ett potentiellt mycket stort antal proteiner måste anrikas på något sätt. Metoder som löser anrikningsproblemet utan ”bias” är därför av mycket stort värde, med potentialen att accelerera förståelsen för underliggande biologi i bakteriella sjukdomar.

Tillsammans med forskningspartnern professor Aymelt Itzen från Institutet för biokemi och cellsignallering vid Universitetskliniken Eppendorf i Hamburg har professor Christian Hedberg med kollegor utvecklat en ny metod som i framtiden förhoppningsvis kommer underlätta systematisk identifiering av bakteriella enzymers målproteiner i värdcellen.

Familjen FIC-proteiner är speciellt vanlig bland bakteriella effektorer, vilka överför en adenosin-monofosfatgrupp till målproteinerna i värdcellen. Den processen benämns AMPylering.

Trots kunskaperna om FIC-proteinernas kemi, och deras närvaro i de flesta bakteriella genom, kan vi inte förutsäga vilka målproteiner dessa kommer ha i värdcellen, ej heller direkt identifiera de modifierade proteinerna genom klassiska metoder, som proteomik.

– Vi har utvecklat en kemisk metod som direkt kovalent binder målproteinerna i värdcellen till det bakteriella FIC-proteinet, och därigenom kan vi anrika och analysera dessa tillsammans, säger Christian Hedberg

För detta ändamål har syntetiska varianter av adenosine trifosfat (ATP) utvecklats, vilka är kemiskt modifierade så att de kan bilda en permanent kovalent bindning till det bakteriella enzymet, vilket sedan reagerar med sina målproteiner i värdcellen enligt dess egen mekanism, vilket leder till ett kovalent tertiärt komplex. Ifall det bakteriella FIC-proteinet är utrustat med en affinitetstagg kan alltihopa smidigt anrikas och analyseras.

– Med den etablerade metodiken hoppas vi kunna adressera FIC-enzymer från humana patogener den närmsta framtiden och identifiera deras målproteiner i humana celler. Detta kan innebära en förbättrad förståelse för bakteriella sjukdomar i ett längre perspektiv.

En nyckelfaktor till framgången i detta projekt har varit kombinationen av organisk kemi, biokemi, strukturbiologi och proteomik. Detta var möjligt genom ett interdisciplinärt samarbete med kollegor i Hamburg. Projektet har till hälften finansierats av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, vilket har skapat förutsättningar för att driva ett så omfattande högriskprojekt under en längre tid.

Originalartikel

Burak Gulen et al: Identification of targets of AMPylating Fic enzymes by co-substrate-mediated covalent capture. Nature Chemistry volume 12, pages732–739(2020).

https://www.nature.com/articles/s41557-020-0484-6

Pressbilder

Tre bilder på Christian Hedberg på labb. Foto: Mattias Pettersson

För mer information, kontakta gärna:

Christian Hedberg, Kemiska institutionen vid Umeå universitet
Telefon: 090-786 56 84
E-post: christian.hedberg@umu.se