Här identifieras skadliga bakteriers målprotein hos oss
Patogena bakterier orsakar sjukdomar hos människor genom att utsöndra små proteiner – toxiner. För att bättre förstå hur det går till; vilka målproteiner som påverkas hos värdcellen, har kemister i Umeå och Hamburg utvecklat en ny metod som smidigt fångar in molekylkomplexen.
Bakteriella infektioner är orsaken till många sjukdomar hos människan. Under evolutionens gång har skadliga bakterier utvecklat kemiska metoder för att manipulera värdceller till sin egen fördel. För att uppnå detta utsöndrar bakterierna enzymer som kemiskt förändrar värdcellens proteiner. Dessa toxiner som injiceras i värdcellen av bakterien slår generellt mot de centrala komponenterna av värdcellens signalsystem och cellskelett.
Kunskap om de här mekanismerna är grundläggande för att förstå, och i förlängningen behandla, bakteriella infektioner.
Svårt veta vilka proteiner som attackeras
Det är dock svårt att identifiera vilka målproteiner i värdcellen som attackeras av de bakteriella enzymerna eftersom ett fåtal kemiska modifieringar, på många möjliga proteiner, på något sätt måste anrikas för att kunna analyseras. Metoder som löser anrikningsproblemet utan ”bias” är därför av mycket stort värde, och kan påskynda förståelsen av biologin bakom bakteriella sjukdomar.
Nu har en ny metod, som i framtiden kan komma att underlätta systematisk identifiering av bakteriella enzymers målproteiner i värdcellen, utvecklats av professor Christian Hedberg vid Umeå universitet och forskningspartnern professor Aymelt Itzen från Institutet för biokemi och cellsignalering vid Universitetskliniken Eppendorf i Hamburg tillsammans med kollegor.
Så kallade FIC-proteiner är enzymer som katalyserar förändringar i proteiner med hjälp av molekylgrupper innehållande fosfat. Familjen FIC-proteiner är speciellt vanlig bland bakteriella effektorer, det vill säga de toxiner som utsöndras av patogena bakterier i värdorganismens celler. Det är dessa molekyler som överför en adenosin-monofosfatgrupp till målproteinerna i värdcellen. Processen kallas AMPylering.
Trots kunskaperna om FIC-proteinernas kemi, och deras närvaro i de flesta bakteriella genom, går det att inte förutsäga vilka målproteinerna är i värdcellen, och inte heller direkt identifiera de modifierade proteinerna genom klassiska metoder, som proteomik.
Bildar ett komplex av proteiner från bakterie och värd
– Vi har utvecklat en kemisk metod som direkt binder målproteinerna i värdcellen till det bakteriella FIC-proteinet, och därigenom kan vi anrika och analysera dem tillsammans, säger Christian Hedberg.
Till detta har forskarna utvecklat syntetiska varianter av adenosine trifosfat (ATP), kemiskt modifierade så att de kan bilda en permanent så kallad kovalent bindning till det bakteriella enzymet. Detta molekylkomplex reagerar sedan med sina målproteiner i värdcellen enligt dess egen mekanism, vilket leder till ett tertiärt komplex. Om det bakteriella FIC-proteinet är utrustat med en så kallad affinitetstagg kan alltihopa smidigt anrikas och analyseras.
– Med den här etablerade metodiken hoppas vi kunna adressera FIC-enzymer från humana patogener framöver och identifiera deras målproteiner i mänskliga celler. Detta kan innebära en förbättrad förståelse för bakteriella sjukdomar i ett längre perspektiv.
En nyckelfaktor till framgången i detta projekt har varit kombinationen av organisk kemi, biokemi, strukturbiologi och proteomik, tack vare ett interdisciplinärt samarbete med kollegorna i Hamburg.
Vetenskaplig artikel:
Identification of targets of AMPylating Fic enzymes by co-substrate-mediated covalent capture. (Burak Gulen et al.) Nature Chemistry volume 12, pages732–739(2020).
Kontakt:
Christian Hedberg, professor vid Kemiska institutionen, Umeå universitet, christian.hedberg@umu.se
