Proteintransport

Jaakko Sarastes gruppe Foto: Lab Times

For å forstå årsaken til visse sykdommer er det viktig å kartlegge mekanismene for transport av nylagde molekyler i cellen. Cystisk Fibrose (CF) er et eksempel på en slik sykdom.

Professor Jaakko Saraste og hans forskningsgruppe ved Institutt for biomedisin har, gjennom cellebiologisk grunnforskning i 25 år, studert hva som foregår mellom endoplasmatisk retikulum (ER) og Golgi-apparatet i mammalske celler, med fokus på det såkalte ”pre-Golgi intermediate compartment” (IC). Den tradisjonelle oppfatningen av cellens sekresjonvei er basert på studier gjort på 1960-tallet. Siden da har man tenkt at proteiner syntetisert i ER som regel beveger seg til Golgi-apparatet for modning og sortering før de transporteres til plasmamembranen (PM). Sarastes gruppe har nylig publisert oppsiktsvekkende funn (Marie et al., Mol. Biol. Cell, 2009) som rokker ved dette veletablerte synet:

- Våre resultater identifiserer et tidligere ukjent pericentrosomalt membransystem (PCMS) som viser seg å være delvis dannet av IC, og dette gir helt ny informasjon om hvordan sekresjonsveien er organisert. Dette funnet åpner for muligheten av at mange molekyler, inkludert lipider og sykdomsassosierte proteiner, kan transporteres direkte fra IC til plasmamembranen. Det betyr at disse molekylene ikke bruker den klassiske sekresjonsveien, men Golgi-uavhengige transportveier, dvs. ”Golgi-bypass” ruter.

For å forstå årsaken til visse sykdommer er det viktig å kartlegge mekanismene for transport av nylagde molekyler i cellen. Cystisk Fibrose (CF) er et eksempel på en slik sykdom. Den fører til opphoping av slim i luftveiene og hyppig eller kronisk lungeinfeksjon, som pr. i dag kan ikke kureres. Årsaken til CF er arvelige mutasjoner i genet som koder for ”cystic fibrosis transmembrane conductance regulator” (CFTR), en kloridkanal som er uttrykt på overflaten av alle kroppens epitelceller. Den hyppigste mutasjonen er ΔF508 som leder til at proteinet blir arrestert i ER/IC og ikke kommer frem til plasmamembranen. Proteinet er på tross av dette fremdeles funksjonelt, og tidligere studier foreslår at det kan være mulig å få mutantproteinet berget til celleoverflaten. Forståelsen av transportveien til CFTR fra ER til PM er derfor viktig for utviklingen av fremtidig terapi mot sykdommen. I jakten på proteiner som benytter Golgi-uavhengig transport ble derfor CFTR studert:

- I dette arbeidet så vi nærmere på CFTR og viser for første gang at proteinet kommer frem til plasmamembranen også når Golgi er satt ut av spill. Det transporteres til cellens overflate via PCMS, altså benytter det en form for ”Golgi-bypass”. Nå er det viktig å finne ut mer av de mekanismene som CFTR bruker under sin ”ukonvensjonelle” transport.

-Hvilke vitenskapelig metoder og teknologi brukes?

- Arbeidet er tett knyttet til teknologiplattformen Molecular Imaging Center (MIC) her på instituttet og vi har visualisert prosessene både i fikserte og levende celler. Spesielt har det vært nyttig å gjøre opptak av den raske dynamikken i cellene, der vi tar bilder opp til 30 ganger i sekundet på et såkalt ”spinning disk” konfokal mikroskop. Den høye tidsoppløsningen ga mye viktig informasjon om membrantrafikk i sekresjonsveien som tidligere ikke hadde vært dokumentert. I tillegg bruker vi vanlig konfokal og elektron mikroskopi for å gjøre de morfologiske analysene. Vi kombinerer også disse dataene med molekylærbiologiske og biokjemiske studier så langt det lar seg gjøre, for å belyse problematikken fra flere vinkler.

-God forskning krever ofte stor grad av tålmodighet og fordypning på et smalt fagfelt. Hva slags kompetanse må de ha som skal drive denne forskningen?

- Først og fremst er det kanskje den langsiktige interessen og samlet kunnskap over tid som skal til – jeg og mine samarbeidspartnere har studert IC siden 1984. Underveis er viktige verktøy blitt utviklet, som for eksempel identifiseringen av ulike funksjonelle komponenter i IC. Dette er markører som er avgjørende for dokumentasjonen av de nye oppdagelsene som er gjort. I tillegg åpner utviklingen av teknologi og metodologi nye dører, og for oss har spesielt muligheten til å ”se inn i” levende celler betydd mye.


Lenke til Lab Times-artikkel, "Issue 06/2009", side 28:
http://www.lab-times.org/labtimes/issues/lt2009/lt06/lt_2009_06_28_29.pdf

Lenke til gruppens artikkel i Molecular Biology of the Cell:

http://www.molbiolcell.org/cgi/content/abstract/20/20/4458

Lenke til Sarastes lab:
http://www.uib.no/rg/celldyn_1/research/saraste-lab