Redan som barn i södra Tyskland ville Simon Elsässer bli forskare eller uppfinnare. Han var intresserad av naturvetenskap, särskilt kemi, och inspirerades av sina lärare. Simon valde forskarbanan och karriären har fört honom till lärosäten i Tyskland, England och USA. Sedan 2015 är han verksam vid Karolinska Institutet i Solna och leder en egen forskargrupp.

– Det är ett privilegium att jobba med grundforskning och få chansen att ställa de basala frågorna om hur vår kropp fungerar. Jag drivs av en nyfikenhet att ta reda på mer om de grundläggande mekanismerna i cellen, något som också kan hjälpa oss att förstå varför det uppstår olika sjukdomar.

Cellerna är kroppens minsta levande byggstenar och består av många olika delar. Traditionellt har man inom biokemin tagit sig an biologiska frågeställningar genom att plocka ut delar ur cellen för att studera molekylära detaljer i en ren och kontrollerad miljö. Men risken är att man missar den komplexitet som präglar den levande cellen.

– Det är viktigt med biokemisk forskning inuti den levande cellen för att öka förståelsen av hela maskineriet.

Nya metoder att utforska cellens inre

Under några år har Simon Elsässer utvecklat ny teknik och bättre metoder för att mycket noggrant undersöka hur proteiner fungerar i den levande cellen. Resultatet är en syntetisk biologisk strategi som ger nya möjligheter att genomföra exakta och kvantitativa mätningar i cellmiljön. Det går att välja ut grupper av proteiner för att undersöka dem specifikt och man kan följa hur proteiner agerar över tiden.

I strategin ingår också nya verktyg för att modifiera och designa proteiner och studera vad som händer när proteindynamiken i cellen utsätts för olika förändringar, eller ”störningar”, under kontrollerade former.

Den nya strategin kan tillämpas på olika forskningsfrågor. Simon har valt att fokusera på epigenetik, ett system i kroppen som bestämmer vilka gener som slås på och vilka som är inaktiva.

Epigenetik styr cellens minne

Alla celler i en organism bär på samma arvsmassa, DNA. Det går att likna arvsmassan vid ett piano där varje tangent motsvarar en gen som styr cellerna. Pianot har alltid samma tangenter, men det går att spela olika melodier på klaviaturen. Det är bara de tangenter som trycks ned som hörs.

I vår liknelse motsvaras epigenetiken av pianisten som trycker ner tangenterna. Det är pianisten som bestämmer om vi ska få lyssna på Beethoven eller Elton John – eller om det blir muskelceller eller hudceller.

– Epigenetik är ett begrepp som används på olika sätt, men i min forskning handlar det om studier av hur celler kommer ihåg det förflutna. Det är något helt grundläggande att cellen kan minnas tidigare signaler och kan reprisera vad den har gjort förut i ett stabilt och långsiktigt program.

När cellen delar sig följer den epigenetiska informationen med. En hudcell minns att den är en hudcell, medan en muskelcell minns att den är en muskelcell. Men Simon vill ta reda på exakt hur denna information överförs och hur den kan bibehållas över flera celldelningar.

Tidigare trodde man på en enkel förklaring, att den epigenetiska informationen helt enkelt replikeras vid celldelningen och lämnar ett stabilt epigenetiskt avtryck – men nya fynd visar att informationsöverföringen är mer dynamisk.

–Nu har vi upptäckt att signaler som ansetts vara avgörande för att bibehålla ett epigenetiskt minne är mycket kortlivade – dessa märken finns kvar under bara några timmar. Det innebär att genuttryckets långtidsminne förlitar sig på ett komplext samspel mellan olika aktörer, varav vissa är övergående, medan andra fungerar mer långsiktigt. Men det är endast tillsammans som de förmår skapa ett stabilt minne.

”Det är hedrande att bli utvald som Wallenberg Academy Fellow. För mig som kommer från Tyskland känns det extra värdefullt att delta i ett program som bidrar till att skapa ett nätverk och en gemenskap bland andra forskare i Sverige. WAF är ett långsiktigt stöd och gör det möjligt att fokusera på ett utmanande projekt under flera år.”

Ny kunskap om cancerns gåta

På sikt hoppas Simon att forskningen ska bidra till en bättre förståelse av mänskliga sjukdomar. Det epigenetiska maskineriet reglerar alla slags gener, vilket även inkluderar gener som har betydelse för uppkomsten av cancer.

Flera cancermutationer kopplas till just det proteinkomplex, polycomb, som han studerar. En bättre förståelse av hur mekanismen normalt fungerar kan ge nya svar på frågan vad som händer när det går fel i cellen och en tumör börjar växa. Idag kan man undersöka det retroaktivt genom att studera cancermutationen, men det går inte att se vad som hände innan.

– Förhoppningen är att vi ska kunna nysta i cancerns ursprung på ett nytt sätt, särskilt som vi vet alltmer om vilka proteinregioner som är förknippade med sjukdomar.

Med den nya tekniken kan man framkalla förändrade mönster i det epigenetiska nätverket. Det går till exempel att modifiera proteiner genom att bygga artificiella aminosyror i ett protein som tystar gener, för att senare identifiera vilka gener som tystas.

– För att öka förståelsen kan vi plocka ut eller lägga till en komponent och titta på hur nätverket reagerar på denna störning. Och den stora fördelen är att vi nu kan göra detta i den levande cellen – ett sådant komplicerat system är omöjligt att återskapa utanför cellen.

Text Nils Johan Tjärnlund  
Bild Birthe Meineke, Niklas Norberg Wirtén