Kroppsceller bildas genom mitos, en delning som skapar två identiska cellkopior. Könsceller bildas däremot genom meios, en delning där resultatet blir fyra unika celler. Vid meios parar ursprungscellens 46 kromosomer ihop sig – de 23 från mamman med de 23 från pappan – och byter delar av sitt genetiska material med varandra. Det kallas att de genomgår överkorsning och rekombination. Efter bytet delar kromosomerna upp sig mellan de nya cellerna, som delar sig i två omgångar. Kvar blir fyra celler med bara 23 kromosomer var. Genom att smälta samman med en annan könscell vid befruktningen kan de bilda en komplett startcell för en ny människa med unika kromosomer som inte är exakta kopior av föräldrarnas.

Korsningen skapar genetisk mångfald, vilket är biologiskt fördelaktigt. Men den innebär också en risk.

– Fosterskador och kromosomavvikelser, som Downs och Turners syndrom, orsakas för det mesta av fel under meiosen, berättar Hiroki Shibuya.

Som Wallenberg Academy Fellow studerar han hur genutbytena och uppdelningen av kromosomerna styrs. Grunden är ett sextiotal gener som sedan tidigare är kända för att spela en roll vid meios i jästceller. Hiroki Shibuya har jämfört jästgenerna med människors och hittat en handfull av dem som tycks aktiva i testiklarna eller äggcellerna. Dem har han gått vidare med, och utvecklat en ny metod för att studera de proteiner som generna producerar.

”Som Wallenberg Academy Fellow ser jag det som mitt ansvar att driva bra forskning, men också att fostra nya forskare som kan bidra till det svenska samhället i framtiden.”

Koppling till cancerskyddande protein

Med en teknik kallad elektroporering gör han celler tillfälligt mer genomsläppliga genom att utsätta dem för en elektrisk puls. I cellerna för han in ett självlysande protein, designat för att koppla till just det protein han vill studera under meiosen.

– På det här viset har jag kunnat visualisera proteiners position och identifiera de som specifikt placerar sig där kromosomerna rekombinerar. Ett av de proteinerna har visat sig bilda ett komplex med ett annat känt protein, som är känt för att skydda mot cancer, säger Hiroki Shibuya.

Det cancerskyddande proteinet produceras av en gen som heter BRCA2, som ibland kallats för ”bröstcancergen” eftersom mutationer i den ger mycket hög risk för bröstcancer. Normalt BRCA2-protein reparerar brott på DNA-strängarna och hjälper till att städa bort celler med trasigt DNA. Vid mutationer, när proteinet inte fungerar på rätt sätt och reparationsprocessen inte fungerar, kan celler med DNA-skador istället utvecklas till cancerceller.

Under meiosen är brott på DNA-strängarna dock inte ett problem, utan nödvändigt för att rekombinationen ska kunna ske. Troligen hjälper BRCA2 till att koppla samman kedjorna igen, men exakt hur det går till är okänt. Hiroki Shibuya fortsätter nu sitt arbete med att kartlägga komplexet mellan det nyfunna meios-proteinet och BRCA2. Han samarbetar med andra forskargrupper internationellt för att med tekniken proteinkristallografi ta reda på exakt hur komplexet ser ut. Samtidigt gör han studier på möss i labbet i Göteborg, där han med genteknik stänger av de intressanta generna en i taget för att se hur embryoutvecklingen påverkas och få ledtrådar till de olika proteinernas funktioner.

Resultat kan bli till hjälp för barnlösa

Hiroki Shibuyas första resultat har redan kommit till användning bland forskare som studerar infertilitet. Vetenskapliga artiklar har publicerats om mutationer i just de här generna hos en del av de patienter som söker hjälp för barnlöshet.

– Det jag gör är grundforskning. Mitt främsta syfte är att öka kunskapen om hur meios går till, det är sofistikerade mekanismer som är fascinerande att kartlägga i detalj. Men mina resultat kan också användas för diagnostik och på sikt kanske behandlingar av barnlöshet. Grundforskning kan ofta komma till praktisk användning – ibland på oväntade sätt, säger Hiroki Shibuya.

Redan som liten tyckte han om att utforska naturen, leta intressanta insekter och fossil. När han började på universitet valde han först inriktningen skogsbruk, men kände med tiden att han lockades mer av grundforskning än av skogsbruksforskningen som ofta var tydligt knuten till industrin. Han blev alltmer nyfiken på molekylärbiologi och särskilt kromosomer som han kallar den levande organismens viktigaste molekyl. Arbetet tog honom från Tokyo till Harvard University i USA, och därifrån till Göteborg.

– I Japan premieras forskning som är tydligt kopplad till klinisk eller industriell nytta, den får mest finansiering, medan ren grundforskning tenderar att undervärderas. Det är också nästan omöjligt för unga forskare att få leda sin egen forskargrupp eftersom tjänsterna är så få. Här i Sverige finns det gott om möjligheter för mig. Både svenska universitet och samhället i stort stöttar unga forskare, det är generöst och utan barriärer. Det känns väldigt ovanligt internationellt sett.

Text Lisa Kirsebom
Bild Linnéa Magnusson, Markus Marcetic