Unravelling protein stability and aggregation

Forskningsoutput: AvhandlingDoktorsavhandling (sammanläggning)

Abstract

Proteiner är fascinerande makromolekyler som är fundamentala för alla levande
organismer. De utgör byggstenar i våra celler, ansvarar för transport och signalering både inom och mellan våra celler, utgör en del av vårt immunförsvar och katalyserar bildningen av andra molekyler. Proteiner består av flexibla kedjor uppbyggda av olika aminosyror. Varje aminosyra har olika egenskaper och den specifika ordningen av aminosyror bestämmer såväl den tredimensionella strukturen som funktionen av proteinet. För att förstå hur proteiner i kroppen fungerar och hur de är kopplade till olika sjukdomar behöver vi förstå deras grundläggande egenskaper såsom stabilitet, vad som styr veckningen av aminosyrorna till en tredimensionell struktur samt hur de interagerar med sig själv och andra proteiner eller makromolekyler. I denna avhandling undersöker jag främst proteiners stabilitet och hur de associerar med kopior av sig själva
för att bilda aggregat. Än idag hittar forskare nya proteiner med nya egenskaper och mycket forskning krävs för att vi verkligen ska förstå varje proteins egenskaper. I artikel I har vi undersökt stabiliteten av ett protein – secretagogin – som först upptäcktes år 2000 och som troligtvis har en roll i transporten av ämnen mellan celler. Secretagogin visade sig gärna para ihop sig två och två, dvs forma dimerer, och i vilken mån dimerer bildas beror på miljön som proteinet befinner sig i. Det är välkänt att människor behöver äta proteiner för att få i sig alla essentiella aminosyror som vår kropp behöver för att kunna tillverka våra egna proteiner. Något som är mindre välkänt är att det finns proteiner med söt smak. Idag går det tyvärr inte att köpa söta proteiner i din livsmedelsbutik för att ersätta sockret när du lagar mat. En av anledningarna är att de söta proteinerna inte är stabila nog att kokas. I artikel II har vi vidareutvecklat en metod som vi använder för att hitta stabilare varianter av proteiner. Med hjälp av denna metod undersökte vi om vi kunde hitta stabilare mutanter av ett sötsmakande protein – monellin. Vi fann en monellinmutant, där en aminosyra hade ersatts av en annan, som är stabilare än den naturligt förekommande varianten, med bibehållen söt smak. Denna variant av monellin kan värmas till högre temperaturer utan att dess tredimensionella struktur påverkas nämnvärt och kan potentiellt användas i matlagning. Flera av våra vanligaste sjukdomar beror på att proteinerna i vår kropp inte uppfyller sin funktion. Sjukdomarna kan t.ex. bero att mutationer i vårt DNA ger upphov till proteinvarianter med förändrade egenskaper eller att de system som reglerar mängden av olika protein i vår kropp har mist sin funktion. Många sjukdomar, såsom diabetes typ 2, Alzheimers sjukdom och Parkinsons sjukdom, orsakas av att proteiner associerar med sig själva (aggregerar) och bildar fibriller. För att kunna hitta effektiva behandlingsmetoder behöver vi, bland annat, förstå de grundläggande mekanismer som orsakar sjukdomstillståndet och hur sjukdomen sprids mellan celler. I denna avhandling undersöker vi ett kort protein (en så kallad peptid), amyloid beta (Abeta), som troligtvis orsakar Alzheimers sjukdom. Abeta peptider aggregerar och bildar fibriller som
slutligen formar plack i hjärnan. Det finns många olika Abeta peptider av varierande längd samt ett flertal mutanter. I artikel III har vi studerat aggregeringsprocessen för en kort Abeta peptid, Ab5-42, och hur denna peptid påverkar aggregeringsprocessen för en längre variant, Ab42. Vi visar att den korta Abeta peptiden formar fibriller ännu snabbare än den långa varianten. Den ökade aggregeringshastigheten för Ab5-42 beror främst på att peptiderna snabbare associerar med varandra och med de existerande fibrillerna. I artikel IV undersöker vi hur yttre faktorer i Abeta peptidernas omgivning inverkar på
aggregeringsprocessen. Genom att tillsätta två sorters molekyler, som man vanligtvis använder inom proteinforskning för att destabilisera proteiner, påverkar vi aggregeringshastigheten. En av de tillsatta molekylerna är ett salt, som består av en positiv och en negativt laddad jon, och den andra molekylen är oladdad. Den destabiliserande effekten av de tillsatta oladdade molekylerna leder till långsammare aggregering. De laddade molekylerna påverkar aggregeringen på två sätt: den destabiliserande effekten saktar ner aggregeringen och salteffekten accelererar aggregeringen. Vilken effekt som dominerar beror på hur mycket av de laddade molekylerna som har tillsatts till Abeta peptiderna - vid låga koncentrationer ökar aggregeringshastigheten och vid höga koncentrationer sänks aggregeringshastigheten. Slutligen, i artikel V, använder vi vår kunskap om aggregeringsprocessen för att visa hur man kan ta fram korta versioner av antikroppar, som hindrar det steg i processen som ger upphov till majoriteten av de toxiska aggregat som orsakar nervskador i Alzheimers sjukdom.
I längden hoppas jag att studierna av proteiners grundläggande egenskaper som utgör denna avhandling, kan bidra till bättre förståelse för hur proteiner fungerar, hur vi kan använda dem och hur vi bäst kan behandla sjukdomar såsom Alzheimers sjukdom.

Detaljer

Författare
  • Tanja Weiffert
Enheter & grupper
Forskningsområden

Ämnesklassifikation (UKÄ) – OBLIGATORISK

  • Annan kemi

Nyckelord

Originalspråkengelska
KvalifikationDoktor
Tilldelande institution
Handledare/Biträdande handledare
Tilldelningsdatum2018 nov 23
UtgivningsortLund
Förlag
  • Media-Tryck, Lund University, Sweden
Tryckta ISBN978-91-7422-602-7
Elektroniska ISBN978-91-7422-603-4
StatusPublished - 2018 okt
PublikationskategoriForskning

Relaterad forskningsoutput

Weiffert, T. & Sara Linse, 2018 aug 24, I : Scientific Reports. 8, 1, 12763.

Forskningsoutput: TidskriftsbidragArtikel i vetenskaplig tidskrift

Munke, A., Persson, J., Weiffert, T., De Genst, E. J., Meisl, G., Arosio, P., Carnerup, A., Dobson, C. M., Vendruscolo, M., Knowles, T. P. J. & Sara Linse, 2017 jun 20, I : Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114, 25, s. 6444-6449 6 s.

Forskningsoutput: TidskriftsbidragArtikel i vetenskaplig tidskrift

Kalyani Sanagavarapu, Weiffert, T., Mhurchú, N. N., O'Connell, D. & Sara Linse, 2016 nov 1, I : PLoS ONE. 11, 11, e0165709.

Forskningsoutput: TidskriftsbidragArtikel i vetenskaplig tidskrift

Visa alla (3)