NyheterForskning

Ny nanopartikelteknologi för att dechiffrera membranproteiners struktur och funktion

Published 2016-03-08 13:23. Updated 2016-03-14 16:33This page in English

Forskare vid Karolinska Institutet har utvecklat en nanopartikelteknologi som kan användas för att stabilisera membranproteiner, så att deras struktur kan undersökas i en miljö med lipidfetter. Metoden, som beskrivs i Nature Methods, gör det möjligt att komma åt proteiner som tidigare inte kunnat undersökas och har därför potential att möjliggöra utveckling av nya läkemedel, terapeutiska antikroppar och vacciner.

– Vår teknik, som vi kallar Salipro, kan erbjuda en bredd av möjliga tillämpningar, som sträcker sig från strukturbiologi till upptäckten av nya farmakologiska substanser, samt att leverera proteinbaserade läkemedel och vacciner i behandlande syfte, säger studiens försteförfattare Jens Frauenfeld, som arbetade vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik vid Karolinska Institutet när studien gjordes.

Mer än 60 procent av de läkemedel som används i dag är riktade mot membranproteiner. Dessutom är membranproteiner från virus den viktigaste beståndsdelen i befintliga vacciner. Därför spelar membranproteiner en viktig roll såväl biologiskt, som för utveckling av läkemedel och vacciner. Problemet som forskare ställs inför är att dessa proteiner är mycket instabila och därför svåra att undersöka. De är inbäddade i membran som består av olika sorters lipider.

Oftast används detergenter för att extrahera membranproteinerna, men detergenter kan ge problem med proteininstabilitet och dålig kompatibilitet med metoder som används för biofysiska studier av proteiner. Lipidmiljön, som är viktig för membranproteiner, försvinner också när detergenter används.

Finns naturligt i celler

Forskarna bakom den nya studien tog sig runt problemet genom att använda ett litet protein som finns naturligt i celler, saposin. Vanligtvis transporterar saposin lipider mellan olika delar av cellen. Eftersom saposin binder till lipider undersökte forskarna om det gick att utveckla en metod för att skapa stabila saposin-baserade lipidnanopartiklar. Sedan utvidgade de metoden så att det blev möjligt att också bädda in och stabilisera ömtåliga membranproteiner i lipidnanopartiklarna.

Forskarna visar att metoden underlättar högupplösta 3-dimensionella undersökningar av membranproteiner genom kryo-EM (single-particle electron cryo-microscopy), en teknik som används allt mer av forskare som vill studera proteiner med upplösning på atomnivå. De presenterar också en metod för att utvinna och stabilisera fragila membranproteiner från hiv-virus.

– Sättet att få fram hiv-ytproteinet med Salipro-systemet är, såvitt vi vet, det första tillvägagångssättet som stabiliserar hiv-ytproteinet, inklusive de viktiga membrandomänerna, i ett lösligt och funktionellt tillstånd, säger Pär Nordlund vid institutionen för onkologi-patologi.

Andra virala ytproteiner

Författarna tror att tekniken också kan användas på andra virala ytproteiner, som hemagglutinin från influenzavirus, ebolavirusets G-protein eller hepatit C-virusets E-protein. I studien använder forskarna metoden på tre olika membranproteiner i undersökningar av deras struktur och funktion.

Arbetet utfördes i Pär Nordlunds grupp vid Karolinska Institutet, i samarbete med forskare vid institutionen för biovetenskaper och näringslära vid Karolinska Institutet, University of California San Fransisco och European Molecular Biology Laboratory, EMBL. Projektet har finansierats med stöd av, bland annat, European Molecular Biology Organization (EMBO), Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Cancerfonden och Barncancerfonden. Jens Frauenfeld har grundat företaget Salipro Biotech AB och tre av forskarna har gjort patentansökningar som är relaterade till forskningen.

Text: Karin Söderlund Leifler

Publikation

A Saposin lipoprotein nanoparticle system for membrane proteins
Jens Frauenfeld, Robin Löving, Jean-Paul Armache, Andreas Sonnen, Fatma Guettou, Per Moberg, Lin Zhu, Caroline Jegerschöld, Ali Flayhan, John A.G. Briggs, Henrik Garoff, Christian Löw, Yifan Cheng, Pär Nordlund
Nature Methods, published online 07 March 2016, doi: 10.1038/nmeth.3801

FarmakologiInnovationNanomedicinProteiner