Philipp Ochtrop från Umeå universitet har arbetat med ett projekt för att förvandla de två enzymerna AnkX och Lem3 från den sjukdomsframkallande bakterien Legionella pneumophila till ett värdefullt verktyg för kemisk modifiering av proteiner. Detta nya tillvägagångssätt för proteinfunktionalisering kan göra det möjligt för forskare att undersöka proteinfunktion och utveckla nya läkemedel mot livshotande sjukdomar.

Den nya tekniken, som beskrivs i Philipp Ochtrops doktorsavhandling, är baserad på en enzymatisk reaktion som kallas fosfokolinering. Fosfokolineringen katalyseras av proteinet AnkX, som använder en liten organisk molekyl som kallas CDP-kolin för att överföra en fosfokolingrupp till värdcellsproteiner och därigenom manipulera dess funktion. Fosfokolineringen är en del av flera specifika kemiska reaktioner som används av Legionella pneumophila för att ta över en värdcell efter infektion och förvandla den till en lämplig miljö för dess förökning. Dessa händelser leder följaktligen till utbrott av svår lunginflammation.

"Det intressanta med intracellulära bakteriers kemi är att den är så annorlunda i jämförelse med mänskliga cellers kemi. Detta är en unik chans att använda enzymer från bakterier i biokemin, cellbiologi och bioteknik utan att ha överlappande reaktivitet med mänskliga cellers enzymer, säger handledare Christian Hedberg.

Idén att använda AnkX för att märka proteiner uppstod av en slump under studier om hur AnkX modifierar vissa proteiner med fosfokolin. Experimenten visade att AnkX inte brydde sig särskilt om den tredimensionella strukturen av dess målproteiner, men kände bara igen en kort aminosyrasekvens i proteinet. Denna upptäckt ledde till slutsatsen att vilket protein som helst kan modifieras av AnkX, så länge som den korrekta aminosyraigenkänningssekvensen läggs till genetiskt.

"I kombination med CDP-kolinanaloger som vi framställde syntetiskt, den utvecklade strategin kan utnyttjas för att reversibelt funktionalisera proteiner av intresse med en rad användbara kemiska och biofysiska handtag", säger Philipp Ochtrop.

"En framtida potentiell medicinsk användning för våra resultat kan vara den selektiva märkningen av antikroppar med specifika läkemedel som följaktligen riktas mot cancerceller och dödar dem. Detta tillvägagångssätt skulle vara mycket fördelaktigt och minska vanliga biverkningar som visas av konventionell cancerterapi."

Philipp Ochtrop har utfört sina studier i ett nära och mycket tvärvetenskapligt samarbete med ett team av forskare under ledning av professor Aymelt Itzen från Tekniska universitetet i München.