Mänskliga celler som producerar fluorescensmärkt mutant huntingtin. Muterat huntingtenn tenderar att ackumuleras, vilket är patologiskt och synligt i form av prickar. Kredit:Bremens universitet
Huntingtons chorea är en ärftlig sjukdom som leder till kognitiva och motoriska störningar och dödsfall. Forskare vid universitetet i Bremen har arbetat med internationella partners för att klargöra mekanismen genom vilken det muterade huntingtinproteinet kan hållas i schack.
"Vi har upptäckt en mekanism genom vilken kroppens egna proteinvikningshjälpare håller det muterade huntingtinproteinet i schack", förklarar projektledaren och professorn Janine Kirstein vid universitetet i Bremen. Proteinvikningshjälpmedel tillåter proteiner att ta på sig och behålla sin korrekta struktur för att utföra sina mångfacetterade funktioner. Forskarna var redan bekanta med tre av medhjälparna, men vad de ännu inte visste var hur bindningen med det muterade huntingtinproteinet såg ut, vilket av de tre vikningshjälpmedlen som kunde känna igen det muterade proteinet och hur dess bindning såg ut.
"Vi har nu kunnat identifiera detta med den tvärbindande masspektrometrimetoden", säger biokemisten. Denna metod kan exakt bestämma proteininteraktioner. Men det var fortfarande en lång väg att gå när det gäller att förstå bandet. "Det var bara genom modellering som vi kunde bättre förstå interaktionen mellan proteinvikningshjälpare och mutant huntingtin."
Framgångsrik forskning genom beprövad tvärvetenskap
Framgången för dessa nya insikter ligger i att utöva tvärvetenskap:"Att vi kunde få våra resultat med sådan precision berodde främst på det utmärkta samarbetet mellan fakulteterna för biologi/kemi och produktionsteknik vid universitetet i Bremen", säger Kirstein. "Inom biokemi behövde vi forskare till vårt projekt som kunde stödja oss i vårt experimentella laboratoriearbete med datorstödda modeller".
Hennes doktorand Yasmin Richter hittade den nödvändiga expertis inom ingenjörsvetenskap med sin tidigare studiekamrat på masterprogrammet i biokemi och molekylärbiologi, Isabell Grothaus. Hon doktorerar i arbetsgruppen som leds av Dr Susan Köppen och professor Lucio Colombi Ciacchi. Så utvecklade de två yngre forskarna ett samarbete mellan de två fakulteterna. "Ingenjörerna simulerade bindningen mellan proteinvikningshjälpmedlen och det muterade huntingtinproteinet på en dator åt oss, och vi kunde sedan experimentellt validera modelleringen i vårt laboratorium med renade proteiner och i cellkulturer", förklarar Kirstein.
Ett annat hinder var den tidigare okända strukturen hos det muterade huntingtinproteinet. Samarbetspartnerna Martin Kulke och Josh Vermaas från Michigan State University i USA kunde hjälpa till här och postulerade en struktur som skulle göra det möjligt för modelleringen att utföras på datorn. En annan viktig samarbetspartner var Fan Liu med de masspektrometriska experiment som genomfördes vid Leibniz Research Institute for Molecular Pharmacology i Berlin. Det är också där Kirstein ledde en arbetsgrupp fram till 2019 innan hon utsågs till universitetet i Bremen.
Byggar på forskningsresultat
"Med detta arbete har vi lyckats förstå mekanismen genom vilken en proteinvikningshjälpare selektivt upptäcker ett muterat sjukdomsassocierat protein och gör det ofarligt. Detta i sig är inte tillräckligt för terapeutisk användning", säger Kirstein. "Men du kan bygga vidare på dessa resultat och utveckla strategier för att specifikt inducera eller stabilisera dessa kroppsspecifika vikningshjälpmedel för att undertrycka toxiciteten hos muterat huntingtin."
Forskningen publicerades i Nature Communications . + Utforska vidare
