Hon studerar proteintillverkning i cellens kraftverk

Energifabrikerna i våra celler, de så kallade mitokondrierna, står i fokus för Joanna Rorbachs forskning. Hon undersöker hur proteiner tillverkas i mitokondrierna – en i stora delar okänd process som har betydelse för neurologiska sjukdomar, åldrande och cancer.

Joanna Rorbach

Docent i molekylärbiologi

Wallenberg Academy Fellow 2017

Lärosäte:
Karolinska Institutet

Forskningsområde:
Molekylär metabolism

Joanna Rorbach öppnar locket till en cellodlingsplatta. Hon trycker fast en spets på pipetten och suger upp rosafärgad odlingsvätska.

Här, i labbet i Karolinska Institutets forskningshus Biomedicum, odlar hennes forskargrupp celler. Ur dem renar de fram strukturerna som står i fokus för deras intresse: så kallade mitokondrier.

Mitokondrier är cellens energifabriker. I dem omvandlas näring från maten vi äter och syre från luften vi andas, till energi i en form som kroppens celler kan använda.

Mitokondrierna innehåller också sin egen arvsmassa, DNA. Det bär på information för att tillverka viktiga proteiner som krävs för cellens energiproduktion.

Studerar proteintillverkning i cellens energifabriker

Joanna Rorbach studerar hur tillverkningen av proteiner går till i människans mitokondrier. Den processen skiljer sig från cellens ”vanliga” proteintillverkning, som sker utanför mitokondrierna, och är ett komplext maskineri.

– Det mitokondriella DNAt producerar bara tretton proteiner. Men för att tillverka dem måste hundratals proteiner komma in i mitokondrien från utsidan vid rätt tidpunkter. Vi börjar förstå detaljerna i processen bättre, men det är fortfarande mycket vi inte vet. Det är ett väldigt spännande nytt område!

Om mitokondrierna inte fungerar som de ska kan det ge symtom från i stort sett hela kroppen. Framförallt påverkas delar som kräver mycket energi, som muskler och hjärnan. På senare år har även åldrande och cancer kopplats till fel i mitokondrierna.

– Tidigare undrade vissa varför jag skulle lägga tid på mitokondrier. Nu är det lätt att förklara att det här är väldigt viktiga processer. Intresset har ökat och nu har vi också nya tekniker för att undersöka frågor som förut var svåra att besvara.

Kall mikroskopi visar strukturen

Joanna Rorbach undersöker bland annat strukturerna som översätter den genetiska informationen till proteiner, de så kallade ribosomerna. Ribosomer byggs upp av ett stort antal proteiner och andra byggstenar. En ny avbildningsteknik, kryoelektronmikroskopi (Cryo-EM), ger kunskap om deras struktur i atomisk detalj.

– Vi kan visualisera hopsättningen av ribosomen och se exakt var och hur ett visst protein binder. Tidigare fick vi gissa från indirekta ledtrådar. Vi började nyligen använda den här tekniken och det är fascinerande att se hur annorlunda mitokondriernas maskineri för proteinsyntes är.

Människans mitokondrier anses härstamma från bakterier som togs upp av primitiva celler för miljontals år sedan. De har därefter förändrats väsentligt, och med kryoelektronmikroskop kan forskarna nu avslöja unika särdrag i proteintillverkningen i människans mitokondrier.

Lockande miljö

Kryoelektronmikroskopi är också skälet till att Joanna Rorbach forskar i Stockholm. Hon är född och uppvuxen i Polen men doktorerade och arbetade som postdoktor i Storbritannien, i Newcastle respektive Cambridge.

I slutet av hennes postdoktorperiod började biologiska forskare använda kryoelektronmikroskopi för att studera mitokondriella ribosomer. Joanna Rorbach ville lära sig mer om tekniken och besökte centret för kryo-EM vid SciLifeLab i Stockholm. Tanken var att hon sedan skulle återvända till Cambridge, men när hon erbjöds att stanna vid Karolinska Institutet nappade hon direkt.

– Jag tänkte utan tvekan att det vore bra att vara här. Jag såg stora möjligheter i miljön, med alla faciliteter och samverkande grupper.

Andra tekniker som har förändrat gruppens forskning är kraftfulla metoder för att sekvensbestämma, avläsa, DNA och dess arbetskopia RNA. Om något är fel under proteintillverkningen kan man exempelvis idag med hjälp av sekvensering se exakt var längs en RNA-sträng ribosomen stannar.

Gruppen använder också den nya tekniken för genmodifiering kallad Crispr/cas9. Den gör det enkelt att klippa bort en specifik gen ur arvsmassan, för att se effekten när cellen inte längre tillverkar det protein genen ger upphov till.

– Crispr har många fördelar över de system vi använde tidigare. Nu kan vi snabbt och effektivt slå ut de proteiner vi vill för att förstå deras funktioner.

”Anslaget ger mig trygghet och frihet att undersöka frågor som är viktiga för människors hälsa. Jag kan utöka min forskningsgrupp och utveckla nya, oväntade inriktningar som öppnar sig längs vägen.”

Grund för ny cancerbehandling

Joanna Rorbachs forskning kan också bidra med kunskap för utveckling av nya läkemedel.

Idag är det till exempel känt att proteintillverkningen, translationen, i mitokondrier är förhöjd vid vissa typer av cancer. Då kan kunskap om tillverkningsmaskineriets molekylära strukturer vara till hjälp.

– Det ger oss större chans att designa molekyler som kan stoppa proteinsyntesen och fungera som behandling. När vi förstår hela maskineriet bättre kan vi också bidra till utveckling av läkemedel som återställer proteinsyntesen hos patienter med nedsatt mitokondriell funktion.

Idag tillbringar Joanna Rorbachs ofta sina eftermiddagar i labbet och hon ser gärna att det förblir så.

– Jag älskar att vara i labbet. Det är där det roligaste händer.

Text Sara Nilsson
Bild Magnus Bergström

 

Från gen till protein

Instruktioner för hur våra proteiner ska se ut – vilka aminosyror de ska byggas upp av – finns i vårt DNA. När proteiner ska tillverkas skapas en arbetskopia av DNA som kallas mRNA.

I ribosomen, proteinfabriken, översätts sedan informationen i mRNA-molekylen till rätt följd av aminosyror, som till slut resulterar i ett protein.

Processen när ribosomerna använder mRNA för att bygga proteiner kallas translation.