Proteiner som bildar klumpar förekommer i många svårbehandlade sjukdomar, som ALS, Alzheimers och Parkinsons. Mekanismerna bakom hur proteinerna interagerar med varandra är svåra att studera, men nu har forskare vid Chalmers tekniska högskola upptäckt en ny metod för att fånga många proteiner i nanostora fällor. Inne i fällorna kan proteinerna studeras på ett sätt som inte varit möjligt tidigare.
– Vi tror att vår metod har stor potential att öka förståelsen för tidiga och farliga processer i en rad olika sjukdomar och på sikt leda till kunskap om hur läkemedel kan motverka dem, säger Andreas Dahlin, professor vid Chalmers, som lett forskningsprojektet. .
Forskningen har presenterats i den vetenskapliga artikeln "Stable trapping of multiple proteins at physiological conditions using nanoscale chambers with macromolecular gates", nyligen publicerad i Nature Communications .
Proteiner som bildar klumpar i våra kroppar orsakar ett stort antal sjukdomar, inklusive ALS, Alzheimers och Parkinsons. En bättre förståelse för hur klumparna bildas kan leda till effektiva sätt att lösa upp dem i ett tidigt skede, eller till och med förhindra att de bildas helt. Idag finns det olika tekniker för att studera de senare stadierna av processen, då klumparna har blivit stora och bildat långa kedjor, men fram tills nu har det varit svårt att följa den tidiga utvecklingen, då de fortfarande är väldigt små. Dessa nya fällor kan nu hjälpa till att lösa detta problem.
Forskarna beskriver sitt arbete som världens minsta portar som kan öppnas och stängas med en knapptryckning. Grindarna blir fällor, som låser proteinerna inuti kamrarna på nanoskala. Proteinerna förhindras från att fly, vilket förlänger tiden de kan observeras på denna nivå från en millisekund till minst en timme. Den nya metoden gör det också möjligt att innesluta flera hundra proteiner i en liten volym, en viktig egenskap för ytterligare förståelse.
"De klumpar som vi vill se och förstå bättre består av hundratals proteiner, så om vi ska studera dem måste vi kunna fånga in så stora mängder. Den höga koncentrationen i den lilla volymen gör att proteinerna naturligt stöter in i varandra, vilket är en stor fördel med vår nya metod, säger Dahlin.
För att tekniken ska kunna användas för att studera förloppet av specifika sjukdomar krävs fortsatt utveckling av metoden. – Fällorna måste anpassas för att attrahera de proteiner som är kopplade till just den sjukdom du är intresserad av. Det vi jobbar med nu är att planera vilka proteiner som är mest lämpade att studera, säger Dahlin.
Portarna som forskarna har tagit fram består av så kallade polymerborstar placerade vid mynningen av nanostora kammare. Proteinerna som ska studeras finns i en flytande lösning och dras till kamrarnas väggar efter en speciell kemisk behandling. När portarna är stängda kan proteinerna befrias från väggarna och börja röra sig mot varandra.
I fällorna kan man studera enskilda klumpar av proteiner, vilket ger mycket mer information jämfört med att studera många klumpar samtidigt. Klumparna kan till exempel bildas av olika mekanismer och ha olika storlekar och olika strukturer. Sådana skillnader kan bara observeras om man analyserar dem en efter en.
I praktiken kan proteinerna hållas kvar i fällorna nästan hur länge som helst, men i dagsläget är tiden begränsad av hur länge den kemiska markören – som de måste förses med för att bli synliga – finns kvar. I studien lyckades forskarna behålla sikten i upp till en timme.
Mer information: Justas Svirelis et al, Stabil fångst av flera proteiner vid fysiologiska förhållanden med användning av nanoskala kammare med makromolekylära grindar, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-40889-4
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Vetenskapsrådet
