Koppar gör protein mindre stabilt

Vår kropp behöver olika metaller för att vi inte ska bli sjuka. Oftast hjälper metallerna också till att skapa stabila proteiner som utan problem kan genomföra sina uppgifter i kroppen. Pernilla Wittung-Stafshede, professor vid Umeå universitet, har nu hittat ett undantag - ett protein som blir mindre stabilt av metallen koppar. fv

Hon har tillsammans med amerikanska kollegor genomfört biofysikaliska studier av olika varianter av jästproteinet fet3p. Olika kopparjoner har avlägsnats i tur och ordning för att få fram pusselbitar som kan hjälpa dem att förstå hur varje enskild kopparjon påverkar jästproteinets stabilitet. På detta sätt har de nu kunnat visa hur de olika kopparjonerna bidrar till att limma ihop jästproteinet i ändarna så att det formas till en triangel. Två av kopparjonerna i fet3p binder till proteinet via speciella aminosyror i både boll ett och tre, d.v.s. de syr ihop ändarna och finns själva i gränsytan därimellan. Denna ihopveckade form behövs för att proteinet ska kunna utföra sina uppgifter i kroppen men forskarna fann till sin förvåning att detta arrangemang samtidigt minskar stabiliteten hos proteinet. När de i laboratoriet tog bort kopparn från det veckade proteinet och mätte stabiliteten, var den högre än då koppar var bundet till proteinet.
- Vi har fått lära oss att proteiner ska vara så stabila som möjligt. Den här studien visar tvärtom att hög stabilitet inte alltid är bäst, säger Pernilla Wittung-Stafshede.

Jästproteinet fet3p har en motsvarighet i form av ett mänskligt protein som heter ceruloplasmin. Den mänskliga proteinkedjan, som är hela 1065 aminosyror lång, veckar ihop sig till sex "bollar" och sex kopparjoner binds till olika metallsäten. Det veckade jästproteinet är mindre och består av 560 aminosyror, i proteinet finns tre "bollar" och fyra kopparjoner. Det är metallerna som utför proteinets funktion: i första hand att oxidera järn men proteinet tros också vara viktig för koppartransporten i vårt blod. Om proteinet muteras och inte längre kan binda och transportera koppar kan det leda till en bristsjukdom som i förlängningen kan förstöra vår lever. Patienter med kopparbrist kan också få problem med att ta upp järn eftersom järn måste oxideras av ceruloplasmin innan det tas upp i cellerna. Vi får i oss koppar genom bland annat skaldjur, nötter, lever, russin och choklad.

Den undersökta proteinkedjan bildas i cellen och Pernilla Wittung-Stafshedes studier på både det mänskliga proteinet och jästproteinet har visat att kopparn måste binda tidigt i veckningsprocessen. Ihopkopplingen mellan första och sista "bollen" är alltså viktig för att hjälpa proteinet att styra resten av veckningen rätt. Finns inte koppar på plats vid veckningen, eller om proteinet veckas upp på grund av yttre påverkan i kroppen, veckas det till en felaktig struktur som sen inte kan binda koppar.
- Det gäller därför att särskilda transportproteiner levererar koppar till ceruloplasmin vid rätt tidpunkt och att proteinet inte har någon mutation som hindrar kopparbinding om allt ska gå rätt. I detta fall med fet3p betyder det att naturen måste kompromissa: det måste förlora i stabilitet för att hålla kopparn på plats och upprätthålla proteinets funktion, förklarar Pernilla Wittung-Stafshede.

Forskarna misstänker att den minskade stabiliteten hos jästproteinet med inbunden koppar beror på att en spänning lagras på den plats där kopparjonerna håller ihop ändarna eftersom bollarna då inte kan röra sig fritt. De gissar att spänningen hjälper till att driva den kemiska reaktion som sker i kopparsätet när proteinet fungerar som det ska.

Forskarna har inte kunnat studera det mänskliga proteinet på samma detaljnivå som jästproteinet, eftersom de inte kan göra varianter av det i labbet. Därför är studierna på fet3p viktiga; det är en enklare modell av den mänskliga versionen.
- Vi har funnit att fet3p beter sig på det här sättet, men vi misstänker att detsamma gäller i det mänskliga proteinet och dessutom i andra proteiner som hör till denna stora familj av proteiner. Nu vill vi ta reda på varför det finns inbyggt i strukturen att proteinet måste förlora i stabilitet för att fungera, säger Pernilla Wittung-Stafshede.

Resultaten är publicerade i det senaste numret av den amerikanska vetenskapsakademiens tidskrift Proceedings from the National Academy of Sciences.

För ytterligare information, kontakta gärna:
Pernilla Wittung-Stafshede, professor i biologisk kemi, Umeå universitet
Telefon: 090-786 53 47
E-post: pernilla.wittung@chem.umu.se