Mechanisms for Targeting of Proteins to Secretory Lysosomes of Haematopoietic Cells

Abstract: Popular Abstract in Swedish Kroppens immunförsvar, vars uppgift är att skydda oss mot infektioner, består av ett antal olika celltyper som till stor del finns i blodet. Immunförsvaret kan indelas i två delar; ett medfött försvar som är likadant hos alla individer och ett försvar som byggs upp under individens livstid. Det senare utformas olika beroende på vilka bakterier och virus som individen utsätts för. En viktig celltyp i det medfödda immunförsvaret är de s.k. neutrofilerna som tillhör de vita blodkropparna. Deras uppgift är att vara bland de första immuncellerna på plats och skydda kroppen i det akuta skedet, då kroppen får ovälkommet besök av potentiellt farliga bakterier. Neutrofilerna transporteras med blodet till infektionsstället och vid ankomsten lämnar de blodkärlen och går ut i vävnaden där de ?äter upp? inkräktarna. Inuti neutrofilerna oskadliggörs sedan bakterierna av ett antal bakteriedödande proteiner som finns lagrade i små blåsor, s.k. granula, i cellen. Dessa proteiner kan dock ibland komma ut och orsakar då skador på den omkringliggande vävnaden. Neutrofilen kan även stimuleras av faktorer i den inflammatoriska processen att utsöndra de toxiska granula-proteinerna till omgivningen. Upplagringen av de bakteriedödande proteinerna måste vara väl reglerad så att dessa kan frisättas vid rätt tillfälle och på rätt plats för att undvika vävnadsskada. I mitt arbete har jag därför koncentrerat mig på att studera hur transport och upplagring av proteiner i granula går till, i syfte att hitta de styrande mekanismerna. Dessa skulle i så fall kanske kunna påverkas för att undvika ogynnsam inflammation. Dels har jag studerat effekten av aggregation, dvs. sammanhopning av proteiner, för transporten av nytillverkade proteiner till granula. Aggregation skulle kunna vara ett sätt att fylla granula med innehåll. I studien undersöktes både naturligt och modifierat protein. Resultaten visade dock att endast naturligt protein kunde lagras och att aggregation av proteiner därmed inte tycks vara tillräckligt som mekanism för att styra proteinerna till granula. Istället utsöndrades de icke-naturliga proteinerna från cellen, kanske ett sätt för naturlig eliminering av felaktiga proteiner. Sedan undersöktes upptaget av proteiner på cellens yta för transport till granula, med avsikt att studera skillnader i transport via cellmembranet mellan naturligt och icke naturligt protein. Resultaten visade att ett i cellen naturligt protein kunde tas in från ytan för upplagring i granula, medan ett modifierat protein inte togs upp utan istället utsöndrades. Sammantaget antyder resultaten att proteiner måste passera en ?kvalitetskontroll?, som ?underkänner? och sorterar bort onaturliga eller felaktiga proteiner från att upplagras i granula. En sådan kvalitetskontroll har redan rapporterats i en struktur i cellen som kallas det endoplasmatiska retiklet, där icke godkända proteiner skickas till nedbrytning i s.k. proteasomer inuti cellen. Resultaten från dessa experiment tyder dock på att proteinerna kan utsättas för kvalitetskontroll även i en struktur kallad Golgi-apparaten, samt på cellens yta, dvs. på det s.k. cellmembranet. Kvalitetskontroll av proteiner i dessa strukturer, som dessutom inte tycks skicka felaktiga proteiner till nedbrytning utan istället utsöndrar dem från cellen, finns inte rapporterad tidigare. Kvalitetskontroll i Golgi-apparaten har dock föreslagits existera i jästceller. Som ovan nämnts, kan frisättning av bakteriedödande proteiner vid en inflammatorisk reaktion orsaka vävnadsskador. Det är därför viktigt att inflammationsprocessen regleras ordentligt och att den avslutas så snart de invaderade mikroorganismerna oskadliggjorts. En icke fungerande reglering av det inflammatoriska försvaret kan i kombination med ärftliga faktorer bidra till uppkomst av kronisk inflammatorisk sjukdom såsom reumatisk ledsjukdom. I mitt arbete har jag därför även intresserat mig för hur man kan dämpa den inflammatoriska reaktionen, i syfte att minska vävnadsskadorna, då de naturliga regleringsmekanismerna satts ur spel. Ett sätt skulle kunna vara att, med hjälp av genteknik, använda sig av neutrofila granula för upplagring av anti-inflammatoriska proteiner. Dessa skulle då kunna styras direkt till inflammationsstället och där frisätta de inflammationsdämpande proteinerna. Därför undersöktes möjligheten att förse ett protein, som normalt inte upplagras i neutrofila granula, med en ?upplagringssignal? från ett annat protein som normalt styrs till granula. Här valdes det att försöka lagra upp ett protein som kan oskadliggöra så kallad tumörnekrotisk faktor (TNF), som har stor inblandning i den vävnadsförstörelse som kan uppstå vid inflammation. Resultaten visade att proteinet transporterades till granula för upplagring där. Detta antyder att neutrofila granula skulle kunna användas som bärare av terapeutiska proteiner för att lokalt dämpa inflammatoriska processer med avsikt att minska vävnadsskador. Detta koncept skulle även kunna tillämpas på andra celler i immunförsvaret som också innehåller granula vars innehåll kan utsöndras i en inflammationsprocess.