"Jag är en professionell nål-i-höstack-sökare", svarar genetikern Thijn Brummelkamp på frågan varför han utmärker sig på att spåra proteiner och gener som andra inte hittade, trots att vissa har lyckats förbli svårfångade för länge som 40 år.

Hans forskargrupp vid Dutch Cancer Institute har återigen lyckats spåra en av dessa "mysteriegener" — genen som säkerställer att den slutliga formen av proteinet aktin skapas, en huvudkomponent i vårt cellskelett. Dessa fynd publicerades idag i Science .

Cellbiologer är mycket intresserade av aktin, eftersom aktin – ett protein som vi producerar mer än 100 kg av under vår livstid – är en huvudkomponent i cellskelettet och en av de vanligaste molekylerna i en cell. Stora mängder finns i varje celltyp och den har många syften:den ger form åt cellen och gör den fastare, den spelar en viktig roll i celldelningen, den kan driva celler framåt och ger styrka till våra muskler.

Personer med felaktiga aktinproteiner lider ofta av muskelsjukdomar. Mycket är känt om aktinets funktion, men hur den slutliga formen av detta viktiga protein görs och vilken gen ligger bakom? "Vi visste inte", säger Brummelkamp, ​​vars uppdrag är att ta reda på funktionen hos våra gener.

Genetik i haploida mänskliga celler

Brummelkamp har utvecklat ett antal unika metoder för detta ändamål under loppet av sin karriär, vilket gjorde det möjligt för honom att vara den första att inaktivera gener i stor skala för sin genetiska forskning i mänskliga celler för tjugo år sedan. "Man kan inte korsa folk som fruktflugor och se vad som händer."

Sedan 2009 har Brummelkamp och hans team använt haploida celler - celler som bara innehåller en kopia av varje gen istället för två (en från din far och en från din mamma). Även om denna kombination av två gener utgör grunden för hela vår existens, skapar den också oönskat brus när man genomför ett genetikexperiment eftersom mutationer vanligtvis sker i bara en version av en gen (den från din far, till exempel) och inte den andra.

Tillsammans med andra forskare använder Brummelkamp denna mångsidiga metod för att hitta de genetiska orsakerna till särskilda tillstånd. Han har redan visat hur ebolaviruset och en rad andra virus, samt vissa former av kemoterapi, lyckas ta sig in i en cell. Han undersökte också varför cancerceller är resistenta mot vissa typer av terapi och upptäckte ett protein som finns i cancerceller som fungerar som en broms på immunförsvaret. Den här gången letade han efter en gen som mognar aktin – och som ett resultat, cellens skelett.

På jakt efter sax

Innan ett protein är helt "färdigt" – eller moget, som forskarna beskriver det i Science – och kan utföra sin funktion fullt ut i cellen, måste den vanligtvis tas bort från en specifik aminosyra först. Denna aminosyra skärs sedan från ett protein med en molekylär sax. Detta är också vad som händer med aktin. Det var känt på vilken sida av aktinet den relevanta aminosyran är avskuren. Ingen lyckades dock hitta enzymet som fungerar som sax i denna process.

Peter Haahr, postdoc i Brummelkamps grupp, arbetade med följande experiment:först orsakade han slumpmässiga mutationer (misstag) i slumpmässiga haploida celler. Sedan valde han ut cellerna som innehöll det omogna aktinet genom att lägga till en fluorescensmärkt antikropp till hans celler som passar på den exakta plats där aminosyran är avskuren. Som ett tredje och sista steg undersökte han vilken gen som muterades efter denna process.

De kallade det 'ACTMAP'

Sedan kom "eureka"-ögonblicket:Haahr hade spårat ner den molekylära saxen som klippte den essentiella aminosyran från aktin. Den saxen visade sig styras av en gen med en tidigare okänd funktion; en som ingen forskare någonsin arbetat med. Det betyder att forskarna kunde namnge genen själva, och de slog sig ner på ACTMAP (ACTin MAturation Protease).

För att testa om brist på ACTMAP leder till problem i levande varelser stängde de av genen hos möss. De observerade att aktinet i cellskelettet hos dessa möss förblev oavslutat, som förväntat. De blev förvånade när de upptäckte att mössen höll sig vid liv, men led av muskelsvaghet. Forskarna genomförde denna forskning tillsammans med forskare från VU Amsterdam.

ACTMAP är inte den första mysteriegenen som upptäckts av Brummelkamp och som spelar en roll i vår cellskelettfunktion. Med samma metod har hans grupp under de senaste åren kunnat upptäcka tre okända molekylära saxar som klipper en aminosyra från tubulin, den andra huvudkomponenten i cellskelettet. Dessa saxar tillåter tubulin att utföra sina dynamiska funktioner ordentligt inuti cellen. Den sista saxen (MATCAP) upptäcktes och beskrevs i Science det här året. Genom detta tidigare arbete på cellskelettet lyckades Brummelkamp komma fram till aktin.

Uppdrag:kartlägga alla 23 000 gener

"Tyvärr berättar vår nya upptäckt om aktin oss inte hur vi ska bota vissa muskeltillstånd", säger Thijn Brummelkamp. "Men vi har tillhandahållit ny grundläggande kunskap om cellskelettet som kan vara användbar för andra senare."

Dessutom kan Brummelkamp, ​​vars uppdrag är att kunna kartlägga funktionen hos alla våra 23 000 gener en dag, bocka av ytterligare en ny gen från sin gigantiska lista. Vi vet trots allt inte vad hälften av våra gener gör, vilket gör att vi inte kan ingripa när något går fel. + Utforska vidare

Proteins "tysta kod" påverkar hur celler rör sig