Varje andetag, hjärtslag och tanke i vår kropp är beroende av proteiner. De tillverkar olika byggstenar och signalämnen samtidigt som de reglerar gener och kopierar arvsmassan när cellen ska dela sig. Proteiner är kroppens arbetshästar. 

I varje mänsklig cell uttrycks tusentals olika proteiner. Vilken funktion som ett specifikt protein har i cellen styrs av dess tredimensionella form. Men formen är inte konstant utan påverkas ständigt av allt från aminosyror och vitaminer till hormoner i cellen.

Ilaria Piazza försöker kartlägga hur proteinernas form påverkas av de små molekylerna. 

– Vi vill skapa en slags katalog som både kan visa proteinernas former, vad som påverkar dem och hur de förändras i olika miljöer. Om miljön förändras kan ett protein anpassa sin form blixtsnabbt till förändringen. Ändå vet vi fortfarande förvånansvärt lite om hur de regleras, säger Ilaria Piazza.

Under ständig förändring

Inuti varje cell pågår det en ständig rörelse där olika proteiner binder till varandra, släpper taget, ändrar form och reagerar på nya signaler. En vanlig cell kan rymma miljarder av små molekyler som driver olika förändringar av cellens proteiner. Många läkemedel har också siktet inställt på att slå av eller på specifika proteiner som påverkar sjukdom. 

Sedan proteinerna upptäcktes har forskningen ägnat mycket tid åt att kartlägga och identifiera varje enskilt protein. Målet har ofta varit att se vilka proteiner som är specifika för olika celltyper och se om de kan bli måltavla för ett nytt läkemedel. 

Ilaria Piazza tar ett kliv längre när hon vill kartlägga exakt vilken form de individuella proteinerna har i ett visst ögonblick. Genom att följa förändringen hoppas hon kunna förklara vad som styr omvandlingen. 

– Vi behöver förstå vilka regler det är som styr att ett visst protein slås av eller på. Då kan vi också förklara nästa steg i cellens förändring, som kan vara utvecklingen av en sjukdom som till exempel cancer. 

Om kartläggningen kan visa vilka molekyler som står för en viss förändring så kan det även bli möjligt att spåra molekylernas ursprung. Till exempel så vet vi att bakterier i tarmarna producerar en mängd ämnen som påverkar hur vi mår. När vi vet mer om hur dessa ämnen förändrar cellernas proteiner ökar kunskapen om länken mellan tarmarnas bakteriekultur och vårt mående. 

För att lyckas följa förändringen tar hon hjälp av flera avancerade tekniker, framför allt masspektroskopi. Själva tekniken har länge använts för att identifiera enskilda protein men Ilaria Piazza har utvecklat nya metoder som gör det möjligt att studera strukturella förändringar hos tusentals proteiner samtidigt. 

Skapar filmer av proteinerna

Metoderna gör det möjligt för forskarna att ta molekylära ögonblicksbilder av celler under olika förhållanden eller vid olika tidpunkter. Genom att jämföra bilderna med varandra kan de se hur proteinerna förändras som ett svar på omgivningen.

Vi har gått från att studera ett protein i taget till att försöka skapa en systematisk förståelse av många proteinstrukturer samtidigt.

De masspektroskopiska metoderna ger visserligen inte lika hög upplösning som andra tekniker men filmer räcker ändå långt för att öka kunskapen.

– I de fall vi behöver komplettera med mer högupplösta bilder så tar vi andra tekniker till hjälp. Bland annat använder vi kryo-elektronmikroskopi som kan visa enstaka molekyler på atomnivå, säger hon. 

Särskilt intresserade är Ilaria Piazzas forskargrupp av förändringar i cellens kromatin. Det är det tredimensionella komplexet av DNA och proteiner som bildar kromosomerna i cellkärnan. Förändringar av proteinerna i kromatinet påverkar nämligen hur informationen som finns i DNA används i cellerna. 

– Vi vill förstå när, hur och varför vissa delar av informationen används medan andra delar inte alls används. Vi försöker förstå hur förändringar i miljön kring kromatinet aktiverar vissa delar av arvsmassan och inte andra. Det är verklig grundforskning med syftet att bättre förstå fundamenten för all biokemi.

Teknik har alltid lockat

Ilaria Piazza är förhållandevis nyinflyttad på SciLifeLab i Solna. Tidigare bedrev hon sin forskning vid Max Delbrück Center for Molecular Medicine i Berlin, Tyskland. Flytten till Stockholm var möjlig tack vare anslaget från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, betonar hon. 

– Vi är fortfarande i uppbyggnadsfasen av labbet och jag ser fram emot att kunna använda flera olika tekniker för att nå framåt. Bland annat ska det bli spännande att se hur vi kan använda framstegen inom artificiell intelligens för att förbättra våra metoder. 

Teknikintresset kan sägas vara ett arv från hennes far som drev en elektronikbutik när hon var barn. Intresset gjorde att hon började läsa till ingenjör hemma i Milano, men under studietiden drogs hon alltmer mot biologi. 

– Anledningen var enkel: jag ville veta mer om hur livet fungerar. När jag insåg att det gick att ägna sitt liv till att försöka förstå det som ännu ingen lyckats begripa så valde jag forskarbanan, säger Ilaria Piazza. 

Text Magnus Trogen Pahlén
Bild Magnus Bergström