福利姬

Proteiner (盲ggvite盲mnen) 盲r varje cells viktigaste best氓ndsdelar och livets arbetsh盲star. Dessa molekyler bygger, styr och reglerar alla livsprocesser. F枚r att utf枚ra dessa fantastiska arbetsuppgifter veckar proteinerna ihop sig till en f枚r uppgiften funktionell form. Men proteinveckningen kan misslyckas och proteiner 盲ndrar form och fastnar i felveckade former. Detta kan orsaka m氓nga fruktade sjukdomar. Hit h枚r n氓gra mycket v盲lk盲nda sjukdomar, till exempel Alzheimers och Parkinsons sjukdom.

Av de giftiga felveckade proteinerna finns en speciell klass proteiner, s氓 kallade prioner, som 盲r smittsamma och orsakar en grupp sjukdomar, TSEer (transmissible spogiform encephalopathy), dit h枚r bland annat Creutzfeldt-Jakobs sjukdom och galna kosjukan och Chronic wasting disease/avmagrinssjuka/skrantesjuka. Prioner 盲r smittsamma p氓 grund av att de felveckade sjuka prionerna kan katalysera omvandlingen av ett friskt prionprotein hos v盲rdorganismen, till en sjuk form, men processen 盲r inte helt utredd. Ofta avlagras prionproteiner som s氓 kallade amyloidfibrer, vilket liknar tunna v盲vda tr氓dar. Amyloidfibrer, men tillverkade av andra proteiner, finns ocks氓 avlagrade i Alzheimers sjukdom och Skellefte氓sjukan. Denna process 盲r mycket lik f枚r den grupp av olika sjukdomar som inom sjukv氓rden med ett samlingsnamn kallas f枚r amyloidos.

I v氓r grupp jobbar vi med proteinveckning och felveckning b氓de p氓 detaljerad molekyl盲r reduktionistisk niv氓, men 盲ven i transgena organismmodeller samt i patientprover. Detta arbetss盲tt har bidragit till framg氓ngsrika resultat f枚r f枚rst氓elsen av sjukdomar.

V氓r forskning syftar till att besvara bland annat f枚ljande fr氓gor:

• 脛r den prionlika spridningen av m氓nga proteinveckningssjukdomar en allm盲n mekanism?
• Kan processen bromsas eller rent av stoppas?
• Varf枚r ansamlas vissa proteiner i vissa organ medan andra proteiner 氓terfinns i andra organ?
• 脛r det formen p氓 amyloidfibern som avg枚r vilken celltyp som tar mest skada och i s氓 fall hur?

Med biokemiska experiment h盲rmar vi fibrilleringsprocessen i provr枚ret p氓 n氓gra timmar 鈥� att j盲mf枚ras med m氓nga 氓r i en m盲nniska - vilket 枚ppnar fantastiska m枚jligheter att i detalj f枚rst氓 vad som g氓r fel. V氓r forskning 盲r inriktad p氓 att f枚rst氓 hur en rad olika sjukdomsproteiner veckas fel och hur dessa p氓skyndar omvandlingen av andra proteinmolekyler i sin n盲rhet till den felveckade formen 鈥� allts氓 en molekyl盲r smitta! Likheterna mellan prionproteinets bevisat smittsamma egenskaper, amyloid-beta i Alzheimers sjukdom och transtyretin i Skellefte氓sjukan 盲r fascinerande och samtidigt oroande.

Eftersom felveckade proteiner 盲r s氓 skadliga har cellen under evolutionen utvecklat ett naturligt skyddande system f枚r att motverka ansamling av skadliga proteiner. En del av skyddsmekanismen utg枚rs av en grupp proteiner som kallas molekyl盲ra chaperoner. Chaperonernas roll 盲r att hj盲lpa till vid proteinveckningen, att begr盲nsa ansamlingen av felveckade proteiner, att f枚rhindra ihopklumpning av proteiner och f枚renkla dessas nedbrytning. Nyligen har vi b枚rjat f枚rst氓 att flera proteiner som veckas fel i dessa sjukdomar har chaperonfunktioner och p氓verkar andra proteiner under veckningsprocessen. Den sj盲lvkatalysiska omvandlingsmekanismen 盲r i st盲llet en anti-chaperon funktion. Under 氓ldrandet verkar anti-chaperon aktiviteten 枚vervinna chaperonaktiviteten.

Den starkaste riskfaktorn att drabbas av en felvecknings-sjukdom 盲r h枚g 氓lder. Man har idag begr盲nsad f枚rst氓else f枚r 氓ldrandets inverkan. Ett viktigt m氓l f枚r v氓r forskning 盲r att utveckla strategier f枚r att f枚rhindra felveckning. En metod 盲r att anv盲nda sm氓molekyl盲ra l盲kemedel. Vi har visat p氓 molekyl盲r niv氓 att l盲kemedel kan vara l盲mpliga kandidater f枚r att f枚rhindra felveckning genom att l氓sa den friska formen av proteinet och d盲rmed bromsa felveckning. Nyligen har forskargruppen ocks氓 visat 枚verraskande positiva resultat d盲r vi p氓skyndat och sedan l氓st fibrillstrukturen vilket f枚rhindrar fragmentering och d盲rmed bromsat den autokatalysiska sj盲lvreplikeringen av nya fibriller.

Vi har utvecklat nya molekyl盲ra metoder f枚r att avlyssna felveckningsformer med hj盲lp av fluorescensspektroskopi vilket nu anv盲nds inom klinisk forskningsdiagnostik av amyloidos. Bland annat har v氓r grundforskning kring muterat transtyretin i f枚rl盲ngningen bidragit till l盲kemedlet Tafamidis Meglumine och 氓teranv盲ndning av Diflunisal (Dolobid) f枚r behandling av familj盲r amyloidotisk polyneuropati (鈥漇kellefte氓sjukan鈥�). Detta 盲r de f枚rsta tablettmedicinerna i sitt slag som direkt sjukdomsmodifierande i en amyloidsjukdom. Dessa framg氓ngar understryker vikten av molekyl盲r grundforskning f枚r att l枚sa v氓r tids stora utmaningar med en 氓ldrande befolkning.

N盲r Alois Alzheimer 1906, i samband med sin uppt盲ckt av Alzheimers sjukdom, f枚rsta g氓ngen beskrev det han s氓g i hj盲rnan hos den patient han studerade, var det amyloida plack och fibrill盲ra strukturer i neuroner han rapporterade. De senaste hundra 氓r har forskningen f枚rs枚kt hitta svaret p氓 vad dessa onormala strukturerna har f枚r samband med sjukdomen. Det f枚rsta stora genombrottet kom p氓 1960-talet n盲r det p氓visades att amyloider bestod av tunna proteintr氓dar. Fram till 1970-talet var den f枚rh盲rskande teorin att alla amyloider bestod av samma proteinsubstans. Under 1980-talet m枚jliggjorde utvecklandet av metoder f枚r renframst盲llning av proteiner att forskarv盲rlden fick ett ov盲rderligt verktyg f枚r att unders枚ka amyloida proteiner i provr枚ret och idag vet vi att 氓tminstone 35 olika proteiner bildar sjukdomsf枚rknippad amyloid i m盲nniska. Ett av dessa protein 盲r amyloid-beta (Abeta) som identifierades 1984 och byggde upp de plack som Alzheimer s氓g 80 氓r tidigare. Abeta har l盲nge varit huvudm氓let f枚r kemisk diagnostik och l盲kemedelspr枚vningar i kampen mot Alzheimers sjukdom.

Bristen p氓 framg氓ngsrika resultat, liksom bakslag l盲ngs v盲gen har f氓tt m氓nga l盲kemedelsbolag att st盲nga sina program f枚r utveckling av l盲kemedel mot neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers. De akademiska forskarna forts盲tter dock sin kamp f枚r att hitta l枚sningar och det finns ljuspunkter. Vi st氓r nu p氓 randen av n盲sta stora genombrott i forskningen kring amyloida plack i hj盲rnan hos patienter med Alzheimers sjukdom. Eller ska vi kalla det Alzheimers sjukdomar? Under senare 氓r har allt fler bevis lagts fram som tyder p氓 att vi hittills jagat fel m氓l i s枚kandet efter bot. I takt med att nya metoder f枚r analys av de molekyl盲ra mekanismerna bakom sjukdomen utvecklas visar sej nya, tidigare ok盲nda sjukliga strukturer av Abeta, ett protein som finns naturligt hos alla m盲nniskor.
Amyloider och Abeta har visserligen varit k盲nda i m氓nga decennier men f枚rst under senare 氓r har man b枚rjat f枚rst氓 att de inte 盲r stela och statiska strukturer utan att bildandet och omformandet av dem 盲r en dynamisk process som inneh氓ller en m盲ngd steg och mellanformer. Den insikten ger oss m枚jlighet att omformulera s盲ttet p氓 vilket vi t盲nker kring och attackerar problemet. Vi beh枚ver f枚rst氓 mer om hur de olika formerna bildas och byter skepnad, hitta nya metoder f枚r att studera dessa processer ner p氓 atom盲r niv氓 och f枚rst氓 f枚rh氓llandet mellan vad vi ser i provr枚ret, vad vi ser i hj盲rnan hos djurmodeller och patienter och hur sjukdomsf枚rloppet ser ut hos de drabbade.

Vi jobbar f枚r att brygga gapet mellan f枚rst氓elsen f枚r de detaljerade strukturer vi kan analysera i renframst盲llda prover i provr枚r och det vi ser h盲nda i hj盲rnan n盲r man drabbas av Alzheimers. Vi har med hj盲lp av bananflugor p氓visat att exakt samma proteinmolekyl antar olika amyloid struktur beroende p氓 vilken typ av neuronal cell den befinner sej i och att dess giftighet d氓 blir v盲ldigt olika. I musmodeller har vi kunnat p氓visa att amyloida strukturer 盲ndrar sej 枚ver tid. Likas氓 har vi visat att musmodeller som b盲r p氓 de genetiska variationer som f枚rknippas med risk f枚r Alzheimer hos m盲nniskor, uppvisar amyloida plack med olika strukturer. Vi har ocks氓 bidragit till att p氓visa att patienter som lider av olika typer av Alzheimers sjukdom uppvisar vitt skilda typer av amyloidstruktur, ner p氓 atom盲r niv氓.

Till v氓r hj盲lp har vi modellsystem med stigande grad av komplexitet men samtidigt med sjunkade grad av m枚jlighet till studier p氓 atom-niv氓. Under det senaste decenniet har vi jobbat med att utveckla sm氓 molekyl盲ra sonder som kan rapportera om dessa f枚rlopp b氓de i provr枚ret och i den m盲nskliga hj盲rnan. Vi kan med h枚g precision uppt盲cka skillnader i den m盲nskliga hj盲rnan som 盲r betydlig minde 盲n de som kan uppt盲ckas med konventionell mikroskopi och vi kan med v氓ra metoder direkt j盲mf枚ra det vi ser i hj盲rnan hos en patient med Alzheimers med det vi ser i en mus, en bananfluga eller ett provr枚r med renframst盲llt protein. Vi nyttjar v氓r kunskap kring atom盲ra strukturer av amyloider som renframst盲lls i provr枚r med hj盲lp av varierande yttre betingelser. Med hj盲lp av mark枚rer specifika f枚r olika amyloida strukturer kan vi j盲mf枚ra med detta v盲ldefinierade material med vad vi ser i musmodeller med m盲nniskoliknande genetik men som ofta saknar sjukdomsbild. Bananflugorna vi jobbar med har 氓 andra sidan ett sjukdomsf枚rlopp som g枚r det m枚jligt f枚r oss att studera hur olika amyloida strukturer p氓verkar sjukdomsf枚rloppet och i provr枚ret kan vi efterh盲rma de strukturer vi ser hos m盲nniska, mus o fluga f枚r att se hur strukturen p氓 amyloiden ser ut p氓 atom盲r niv氓 och d盲rmed m枚jligg枚ra design av nya l盲kemedelskandidater och diagnostiska molekyler som passar perfekt in i de strukturer som vi p氓visat har st枚rst effekt i den patient som drabbas av Alzheimers. Det 盲r dessa strukturer som b枚r angripas f枚r en individbaserad framtida behandling av Alzheimers sjukdomar.

För de flesta som drabbas innebär COVID-19 en luftvägsinfektion med symtom liknar en vanlig förkylning. Vissa utvecklar dock ett allvarligt sjukdomstillstånd som drabbar många delar av kroppen, inklusive hjärnan. Somliga drabbas också av kvarvarande eller fördröjda symptom, kallat postcovid eller lång COVID.

När vi följer utvecklingen kring akut och lång covid med en amyloidforskares ögon ser vi tydliga likheter mellan COVID-fenomenet och de molekylära förlopp som förekommer i amyloida sjukdomar. Amyloidos orsakas av en specifik och väldigt stabil strukturell proteinförändring som förknippas med en rad olika proteiner och sjukdomar, som är beskriven ovan. Vi har via provrörsexperiment stärkt vår hypotes att spikproteinet på SARS-CoV-2-virusets yta bildar amyloida strukturer när det klyvs av neutrofilt elastas, ett inflammatoriskt enzym som är viktigt för att försvara oss vid infektion. Neutrofilt elastas finns i riklig mängd i infekterade luftvägar hos COVID-patienter.

Det finns många rapporter om koagulationsrubbningar vid COVID-19. Patienter tycks inte svara som förväntat på propplösande behandling. Således rapporteras frekvent om vaskulära symptom men få studier presenterar molekylära mekanismer som förklarar och i nästa steg möjliggör för forskarvärlden att hitta bot för dessa gåtfulla och förödande tillstånd. I provrörsexperiment med renframställda proteiner har vi visat att de amyloida fibriller som bildas när spikproteinet klyvs av neutrofilt elastas kan försämra förmågan för kroppens reglerande system att bryta ner blodproppar i normal takt. Något som skulle kunna förklara den anrikning av mikroblodproppar som finns hos många som drabbas av lång COVID.

I vår fortsatta forskning vill vi undersöka sambandet mellan amyloidbildningen vi upptäckt och de koaguleringsproblem, den neurologiska påverkan och multiorganskador som beskrivs i allvarlig och lång covid/postcovid. Det är av särskilt intresse att förstå hur proteinsekvensen för spikproteinet i de många uppkomna SARS-CoV-2-varianterna påverkar proteinets amyloidogenicitet i förhållande till denna förmodade amyloidpatogenes.

schematisk bild av SARS-CoV-2-viruset som täcker Spike-proteiner som möjliggör infektion av värdcellerna. SARS-CoV-2-viruset täcks av Spike-proteiner (i rött) vilka möjliggör infektion av värdcellerna. Neutrofilt elastas (gult) är en viktig del av immunsystemets första försvarslinje. När Spike-proteinet klyvs av neutrofil elastas, bildar de resulterande proteinfragmenten amyloid som potentiellt har negativ effekt på blodkoagulation, neurodegeneration och systemiska sjukdomar.

I media
Amyloidogenesis of SARS-CoV-2 Spike Protein

Nyhet på LiU-webben
/nyhet/mojlig-mekanism-bakom-gatfulla-symtom-vid-covid-19-upptackt

SVT

Medical news today (engelska, populärvetenskaplig journalistisk beskrivning)

Chemical and engineering news (engelsk, vetenskaplig journalistisk beskrivning)

Prioner är en egen typ av smittoagens. Prioner är partiklar som består enbart av kroppseget protein (äggviteämne) i en felaktig veckningsform. De har därför ingen arvsmassa. Prioner smittar via interaktioner mellan prionen och det friska prionproteinet (PrP) som alla däggdjur bär på som en produkt sin PRNP gen. Detta startar en självmatande dominoprocess där nya prioner bildas i allt snabbare takt i ett smittat djur. Prioner kan frigöras från ett djur och smitta ett annat djur. Prionsjukdomar är också zoonotiska, dvs kan smitta mellan djurarter. Olika stammar av prioner uppstår som en konsekvens av olika veckningsformer av PrP molekylerna i prionpartiklarna och ger olika egenskaper. Eftersom fårfarmare har levt med scrapie under århundraden har avelsprogram för att få fram resistenta djurstammar hunnit tas fram. Det finns genetiska variationer i PRNP genen hos får och getter som gör djuren resistenta mot Scrapie, medan andra genetiska varianter medför stor känslighet för Scrapie.

Under våren 2016 upptäcktes prionsjukdomen Chronic wasting disease (CWD) i renar o älgar i Norge. Detta var första gången prionsjukdom i vilda djur konstaterats i Europa. Under 2018 påvisades sjukdomen i Finland och i mars 2019 rapporterades det första fallet i Sverige, en älg i Arjeplog. Fallen i Norge är också första gången någonsin som prionsjukdom beskrivits i vildren och den har hittills varit mycket sällsynt i älg. Inom Europa har vi varit smärtsamt medvetna om prionsjukdomarnas genomslagskraft sedan utbrottet av prionsjukdomen ”Galna-ko-sjukan” (Bovine spongiform encephalopathy-BSE) under 80-talet och Creutzfeldt-Jakobs sjukdom (CJD) hos unga människor som ätit av de smittbärande djuren. BSE och CJD hade katastrofala följder för de drabbade, för djurägarna och livsmedelsindustrin.

CWD har varit känt i Nordamerika i 50 år. Det första djuret som påvisade sjukdomen hittades i Colorado 1967. Då sjukdomen smittar effektivt mellan individer i en hjord och mellan hjordar där deras vägar korsas, har sjukdomen nu bretts ut över en yta större än Skandinavien och har spridits till 4 olika arter av hjortdjur. Den här typen av spridningsmönster ses också hos får och getter i fångenskap. Att får drabbas av en prionsjukdom som kallas Scrapie har varit känt sedan 1700-talet och fårskötsel har lärt oss att smittsamma prioner kan ligga kvar i jord och växtlighet i många år, och fortfarande smitta friska djur när dessa åter beträder betena efter att de legat i träda/karantän.

Vi undersöker om den helt nya stam av prioner som har påvisats i de norska fallen av älg- och ren-CWD påverkar smittspridning inom arten men också om den nya stammen har förmåga att spridas till andra arter, tex rovdjur så som är känt för galna-ko-sjukan, som spridits till tex katt och mink. Detta görs inledningsvis med snabba och kostnadseffektiva försök på renframställt prionprotein från olika arter via biosyntetisk replikering av prioner i provrör.