Kartlägger hur cellernas städpatrull arbetar

Kroppens celler behöver ständigt städas för att undvika att trasiga eller förbrukade proteiner samlas på hög och orsakar skada. Som Wallenberg Academy Fellow vill Björn Burmann i detalj kartlägga hur städningen går till. På sikt kan det bidra till bättre behandlingar mot vissa typer av cancer och Parkinsons sjukdom.

Björn Burmann

Dr i biokemi med inriktning mot livsvetenskaper

Wallenberg Academy Fellow 2016

Lärosäte:
Göteborgs universitet

Forskningsområde:
Proteiner bakom viktiga funktioner i celler

Proteiner utför en mängd livsnödvändiga och vitt skilda funktioner i våra kroppar. De transporterar och förvarar olika ämnen, drar samman muskler, försvarar oss mot virus och bakterier, förmedlar signaler, reglerar processer med mera. De består av stora molekyler, närmare bestämt av långa kedjor av sammanbundna aminosyror, med komplexa och mycket skiftande former – vilket ger dem deras olika funktioner. 

– I läroböcker får man lätt intrycket att proteiner är statiska strukturer. Men i verkligheten är de ofta dynamiska med delar som rör sig, som små maskiner. Jag vill förstå hur dessa biologiska maskiner utför sitt jobb i cellerna, säger Björn Burmann som forskar vid institutionen för kemi och molekylärbiologi och Wallenbergcentrum för molekylär och translationell medicin på Göteborgs universitet.

Han är ursprungligen från Tyskland, och rekryterades år 2016 som ung toppforskare till Sverige och Göteborgs universitet genom Wallenberg Academy Fellow-programmet. Då hade han redan utmärkt sig genom banbrytande bidrag till förståelsen av hur chaperoner, det vill säga proteiner som hjälper andra proteiner att veckas till sin rätta struktur, utför sitt jobb.

Små kompassnålar

Tekniken som Björn Burmann använder för att studera proteiner, och som han var bland de första i världen att använda på chaperoner och proteinerna som de transporterar och veckar, kallas NMR-spektroskopi (efter engelskans nuclear magnetic resonance). Den bygger på att en del atomkärnor beter sig som pyttesmå kompassnålar när de placeras i ett magnetfält. När atomkärnorna dessutom utsätts för korta radiovågspulser avger de en signal, vars frekvens beror på magnetfältets styrka, vilken sorts atom det är, och i vilken omgivning atomkärnan befinner sig.

– Tekniken är ganska lik den som används i magnetkameraundersökningar inom sjukvården. Men vi använder mycket starkare magneter, vilket ger betydligt bättre upplösning, säger Björn Burmann.

Genom att analysera signalerna från atomkärnorna kan Björn Burmann och hans medarbetare dra slutsatser om vilka atomer som ingår i proteinet och hur det är uppbyggt. En fördel med NMR-spektroskopi, jämfört med andra metoder för att bestämma proteiners struktur, är att proteinerna kan studeras när de rör sig fritt i en vätska. Genom att göra flera mätningar i rad kan forskarna få ledtrådar om hur proteinets olika delar rör sig i förhållande till varandra.

– Att studera dynamiken är ett omständligt arbete, mätningarna på ett enda prov kan ta en hel vecka.

Reparerar skadad arvsmassa

Möjligheten att få mycket tid att använda NMR-utrustningen var en av anledningarna till att han valde att flytta till Göteborgs universitet, som är värd för Svenskt NMR-centrum. Vid de fåtal anläggningar runt om i Europa som erbjuder lika avancerad NMR-utrustning finns det betydligt fler forskargrupper som konkurrerar om användartiden.

“Jag är hedrad över att få en förlängning av mitt Academy Fellow-anslag. Det innebär att jag kan fortsätta med min forskning och följa upp mina idéer.”

Under sin första period som Wallenberg Academy Fellow studerade Björn Burmann hur proteiner hjälper till att reparera skadad arvsmassa i celler. Ultraviolett strålning från solen bryter sönder DNA-molekyler i levande celler titt som tätt, men oftast klarar cellen – via ett komplicerat maskineri – att reparera skadorna.

– DNA-reparationerna kan ske på olika sätt, i bakterier längs två olika processvägar. Vi upptäckte att det under reparationen kan ske ett byte mellan de två vägarna. Det gjorde arbetet mer utmanande än vi förväntat oss, men vi har ändå lyckats bidra till att öka förståelsen för vissa steg i processerna.

Cellens städpatrull

Med sitt förlängda anslag som Wallenberg Academy Fellow ska Björn Burmann nu undersöka hur cellens städning går till.

– Jag vill förstå hur cellen upptäcker och städar bort trasiga proteiner. Vid vissa sjukdomar fungerar inte städprocessen och då ansamlas förbrukade proteiner i cellerna, vilket ofta är skadligt.

I cellens städpatrull ingår proteiner av en sort som kallas proteas. De hackar sönder förbrukade proteiner genom att bryta upp de kemiska bindningarna mellan proteinets aminosyror.

– Proteaserna städar konstant. Från tidigare forskning, där proteaser har kristalliserats och undersökts med röntgenstrålning, har vi en uppfattning om hur de är uppbyggda, men det finns fortfarande blinda fläckar att utforska i deras strukturer och framför allt i hur de fungerar. 

Till exempel har Björn Burmann och hans forskargrupp redan lyckats identifiera en slags temperatursensor i strukturen hos en proteas. Det var känt sedan tidigare att denna proteas styrs av den omgivande temperaturen, men ingen visste riktigt hur. 

– Nu vill vi arbeta vidare och försöka kartlägga hur cellstädningen går till ända ner på aminosyra-nivå.

Proteasernas struktur kan i stor utsträckning kartläggas genom att studera dem i vattenbaserade lösningar. Men Björn Burmann vill också gå vidare och studera proteinerna i prover som mer liknar deras verkliga miljö. 

– Den största utmaningen är att få till bra prover som är stabila i minst en vecka, eftersom mätningarna kan ta så lång tid.

Det som driver honom i forskningen är framför allt nyfikenhet. Allra mest gillar han när experimenten ger oväntade resultat.

– Då kan man vara nya, intressanta saker på spåren.

Text Ingela Roos
Bild Johan Wingborg