Proteiner undersöks med hjälp av konstgjord design

– Under flera miljarder år av evolution har naturen lyckats skapa biomolekyler med en enorm komplexitet. För att förstå de grundläggande fysikaliska principerna bakom molekylernas funktioner har vi byggt konstgjorda mini-proteiner som saknar det evolutionära bagage som de verkliga proteinerna har, säger Ville Kaila, professor i biokemi vid Stockholms universitet.

Upptäckte viktiga funktioner

Proteiner vecklar ihop sig genom att packa sina fettlösliga (opolära) byggstenar inne i proteinets inre och sedan omge dem med en vattenlöslig (polär) yta. Men många proteiner har också ett laddat nätverk inbäddat i sin centrala kärna. Detta nätverk är avgörande för flera biologiska funktioner. Ville Kaila och hans team utvecklade först en metod för att bygga konstgjorda proteiner. Genom att sedan lägga till laddade nätverk i den konstgjorda proteinkärnan upptäckte de en mycket känslig balans mellan stabiliserande och destabiliserande krafter som håller ihop proteinet och påverkar dess stabilitet.

– Detta är viktigt för att förstå biokemiska grundprinciper, men också hur sjukdomar uppstår, eftersom flera sjukdomsrelaterade mutationer kan störa kraftbalansen i proteinerna och leda till felaktig funktion eller aggregering av proteinerna med allvarliga fysiska konsekvenser, som i ALS, Alzheimer, Parkinsons och olika cancertyper, säger Ville Kaila.

Konstgjorda proteiner med laddade nätverk som Kaila och hans team designade. De kostgjorda proteinerna är designade med olika beräkningsmetoder, experimentell tillverkade i biokemi-labbet, och den atomära strukturen är upplöst med kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi och röntgenkristallografi. De artificiella mini-proteinerna består av fyra helikala segment som kopplats ihop med loop-motiv. Grafik: Michael Röpke/ Kaila Lab.

Läs mer på Institutionen för biokemi och biofysiks webbsida

Läs artikeln esign of buried charged networks in artificial proteins i Nature Communications

Studien finansierades av European Research Council (ERC), Knut och Alice Wallenberg (KAW) stiftelsen och German Research Foundation.