Rate Limiting Factors For Protein Folding

Abstract: Popular Abstract in Swedish Proteiner är stora kedjelika molekyler som syntetiseras i cellen med utgångspunkt från arvsmassan, DNA. I alla organismer har proteinerna en mängd uppgifter som kan sträcka sig allt ifrån att vara byggnadsmaterial i senor och bindväv till att fungera som avancerade molekylära maskiner i organismens energiomsättning. I stor utsträckning reglerar olika proteiner också bildningen av andra proteiner genom att binda till cellens DNA. Nyckeln till proteinernas otroligt stora spektrum av olika funktioner ligger i deras tredimensionella struktur. För att ett protein ska fungera t ex som en kemisk katalysator, ett enzym, krävs att den substans enzymet ska bryta ner kan binda till proteinets yta. Ofta är den här typen av bindning väldigt specifik, ungefär som att en typ av nyckel bara passar till en viss typ av lås. Alltså, om låset är felkonstruerat kommer nyckeln inte att passa. Detta är precis vad som kan hända hos personer, djur eller växter som har fått skador eller mutationer i sin arvsmassa. Om skadorna är för stora kommer de proteiner som syntetiseras efter "ritningen" i arvsmassan inte längre att kunna bilda rätt tredimensionell struktur. Följdaktligen kommer de heller inte att fungera. Sedan lång tid tillbaka är det känt hur arvsmassan kodar för byggstenarna, aminosyrorna, för att tillverka proteiner. Idag är det också praktiskt möjligt att i laboratoriet syntetisera långa kedjor av aminosyror som sedan ska vecklas ihop till fungerande proteinstrukturer. Rent teoretiskt sett skulle man alltså kunna hjälpa personer med ärftliga sjukdomar genom att tillverka proteiner och ge som läkemedel. Detta istället för de felaktiga proteinerna som deras DNA kodar för. Praktiskt sett är det inte lika enkelt. Man vet nämligen inte hur aminosyrakedjorna vecklas ihop för att bilda fungerande proteiner. Under de förhållanden som råder i cellen är inte den utvecklade aminosyrakedjan stabil. Den vecklar därför ihop sig så snart den syntetiserats färdigt. För att studera vecknings-processen måste man alltså finna ett sätt att veckla ut den, att denaturera den. Detta kan man t ex göra genom att höja temperaturen, vilket är just vad som händer när man kokar ägg. Ett annat alternativ är att sänka eller höja pH i lösningen med syra eller lut eller att tillföra kemiska denatureringsmedel t ex urea (urinämne). När man så denaturerat proteinet för att studera veckningen kommer nästa problem: I många fall är de delvis strukturerade stadier som proteinet går igenom på sin väg från kedja till färdig form inte heller stabila. Ibland kan det vara svårt att stabilisera dessa "halvstrukturer" på samma vis som man gjorde med den utvecklade kedjan. Man får därför använda sig av ett indirekt sätt att studera dem. Detta indirekta sätt innebär att man tittar på hastigheterna för hur kedjan vecklas ihop. Denna avhandling sammanfattar ett antal studier som syftar till att bättre förstå de hastighetsbegränsande stegen i veckningsprocessen. I den första artikeln beskrivs veckningen av ett litet protein, U1A, och i den andra, veckningen av en lång rad mutanter av ett annat protein CI2. Studierna visar att veckningsprocessen sker genom omvandling mellan delvis strukturerade former som inte är stabila. De visar också att bildning av stabila "halvstrukturer" kanske inte är nödvändigt för snabb och effektiv veckning. Artikel tre handlar om hur veckningsprocessen påverkas när man tillsätter ämnen som kallas osmolyter. Till osmolyterna räknas bland annat vanligt socker och kylarglykol. Sedan tidigare är det känt att dessa ämnen dels ökar stabiliteten hos proteiner och dels gör vattenlösningar mer trögflytande. Studien i den här avhandlingen visar att osmolyterna påverkar vecknings-processen också genom att de driver utvecklade proteiner att dra ihop sig till en mer kompakt form. Från det kompakta tillståndet tar det sedan längre tid att veckla ihop proteinet än normalt, eftersom det går långsammare att förflytta proteinkedjan. Artiklarna fyra och fem handlar om hur hastigheten för veckning påverkas av aggregering, som är en sidoreaktion till veckningsprocessen. Aggregering är när många proteinmolekyler slår sig samman och bildar stora och ordnade eller oregelbundna klumpar. I många neurologiska sjukdomar, till exempel Alzheimers sjukdom och i Galna-Ko-Sjukan, utgör ohämmad proteinaggregering en del av sjukdoms-bilden. Resultaten visar att proteinaggregering kan ge upphov till beteende hos protein-veckningsdata som man tidigare bara sett i samband med bildning av halvstrukturerade former under veckningen. De tyder också på att proteinaggregat kan bildas av den utvecklade proteinkedjan och inte av delvis ihopvecklade former som man tidigare trott.