Tack vare tekniska framsteg går det numera att studera livets allra minsta beståndsdelar och mekanismer i enskilda celler. Det är en spännande tid att forska inom området molekylärbiologi, också ur rent vetenskapshistoriskt perspektiv, konstaterar Björn Reinius.

– Guldåldern för livsvetenskaperna är just nu och de kommande årtiondena. Nu finns möjligheten att göra grundläggande och stora upptäckter, och det har vi gjort även i min lilla forskargrupp vilket är väldigt roligt. 

Björn Reinius undersöker vad som sker i celler på molekylnivå när en kopia i ett kromosompar går förlorad eller när genaktiviteten hos en kopia på annat vis stängs ned.  Bortfall av hela eller stora segment av kromosomer är vanligt när celler åldras eller omvandlas till cancerceller. 

– Jag studerar molekylära processer som är fundamentala för att cellen ska fungera och samtidigt komma till medicinsk nytta på sikt.  Nu ser vi att grundforskning om hur olika processer i cellen fungerar på molekylär nivå kommer till användning i till exempel i nya cancerbehandlingar.

”Ambitionen med forskningen är att den i slutändan ska komma till medicinsk nytta. En annan aspekt är själva sporten i att göra häftig forskning, men den drivkraften tycker jag blir mindre och mindre ju äldre och mer mogen man blir.”

X-kromosomen kompenserar

I sitt labb på Karolinska Institutet i Solna har Björn Reinius upptäckt att när en kopia i ett kromosompar i cellen försvinner, tycks den andra kromosomen i paret i vissa fall kunna kompensera för detta, medan i andra fall lyckas cellen inte åstadkomma detta. Arbetet startade med studier av X-kromosomen. Normalt sett finns det 23 par av kromosomer i kroppens celler, förklarar han.

– Den arvsmassa vi har, vårt DNA, är uppdelad i små paket som kallas kromosomer. Vi har normalt två kopior av alla kromosomer, en från mamma och en från pappa. Förutom könskromosomerna, där kvinnan får en X-kromosom från mamma och en från pappa, och mäns celler har en X-kromosom från mamma och en Y-kromosom från pappa. X och Y utgjorde ursprungligen ett och samma kromosompar, men genom evolutionen har Y-kromosomen förlorat de flesta generna vilket innebär att mäns celler bara har en kopia av de gener som sitter på X.

Generna i vår arvsmassa kodar för proteiner som behövs för att sköta cellernas funktioner. Att det i kvinnors celler finns två kopior av X-kromosomens alla gener, och i mäns celler bara en kopia, blir ett dilemma för kroppens celler som är spännande att studera, säger han.

– Cellen är ju en väldigt komplicerad biokemisk maskin där proportionerna av komponenter måste vara rätt. Balans i cellernas program för genuttryck är alltså kritiskt för att upprätthålla cellens funktion och stabilitet. Vi har sett att cellerna löser det här problemet på två olika sätt. Det första är att den ena X-kromosomen i kvinnors celler stängs av. Det andra är att den kvarvarande X-kromosomen i cellen, både hos kvinnor och män, blir hyperaktiv.

Björn Reinius forskargrupp har kartlagt när avstängning och uppreglering av X-kromosomer sker tidigt under embryoutvecklingen.

– Vi har också funnit delar av mekanismen, hur cellen gör för att reglera upp den kvarvarande ensamma kromosomen. Det är väldigt fascinerande och helt ny kunskap. Vi har i musembryon sett att hos honor sker hyperaktiveringen parallellt med att den andra X-kopian stängs av. Det här sker genom att frekvensen i de pulser som producerar budbärarmolekyler, mRNA, ökar medan antalet molekyler i varje puls är oförändrat. På så vis lyckas cellerna hålla gendosen nästintill konstant även när en X-kromosom stängs av.

Mekanismen intressant vid cancer

Redan i tonåren visste Björn Reinius att det var forskare han ville bli. På Uppsala universitet fokuserade han sina studier på kemi, biologi och matematik. Därefter doktorerade han i utvecklingsbiologi och embryoutveckling, följt av postdokstudier vid Göteborgs universitet och på Ludwiginstitutet för cancerforskning. Sedan 2018 har han sin egen forskargrupp vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik på Karolinska Institutet.

Med hjälp av nya generationens sekvenseringsmaskiner kan gruppen studera enskilda celler och kartlägga molekylära mekanismer, genuttryck, DNA och RNA. Experimenten genererar mängder av data som sedan analyseras i olika datormodeller. Som Wallenberg Academy Fellow fortsätter Björn Reinius att djupdyka i kromosomernas doskompenserande mekanism.

– Doskompensation är en fundamental utmaning för våra celler, för om den inte fungerar, ja, då skulle inte embryot överleva. Jag studerar nu systematisk vad som händer om man tar bort en kopia i arvsmassans övriga kromosomer.

Det här blir extra intressant i kontexten av cancer, säger han, för i de allra flesta fall av cancer har man större förändringar i kromosomernas kopieantal.

– Vi är intresserad av vad som händer specifikt i en cancercell om en kromosomkopia faller bort helt eller delvis. Hur svarar den kvarvarande delen och finns det likheter med hur X-kromosomen fungerar? Varför leder vissa kromosomförändringar till cancer medan andra tolereras av våra celler? Här har vi spännande preliminära data.

Text Susanne Rosén
Bild Magnus Bergström