Structural and Functional Studies on Human Type 2 Cystatins

Abstract: Popular Abstract in Swedish Peptidaser, proteolytiska enzymer eller proteinhydrolaser är olika benämningar på samma sorts enzymer. Deras funktion är att bryta ner proteiner i alla celler, vävnader eller vätskor i antingen vår egen kropp eller i någon annan levande organism. Varför behövs dessa enzymer? Deras funktion påminner om den av en återvinningscentral, där peptidaserna avvecklar felfungerande eller överflödiga proteiner till deras byggstenar, d v s aminosyrorna och små peptider, så att andra proteiner sedan kan byggas. Minst lika viktigt är det då peptidaserna ser till att, på ett kontrollerat och exakt sätt, klyva bort en del av ett först icke-fungerande protein vars klyvningsprodukt har en biologisk funktion. På detta sätt ser peptidaserna till att vissa proteiner, som finns i kroppen i en latent form, snabbt kan aktiveras för att verka där de behövs. T ex gäller detta många proteiner inblandade i koagulationskedjan. Problem uppstår dock när peptidaserna agerar på felaktigt sätt, d v s när de antingen är upp- eller nedreglerade. Då kan många sjukdomtillstånd utvecklas, som t ex när cancerceller använder sig av peptidaser på ett onormalt sätt för att förstöra närliggande, friska celler och kunna sprida sig mer effektivt. Därför behövs det ämnen som kan kontrollera peptidasernas uppförande. Dessa ämnen, s k hämmare, blockerar permanent eller temporärt enzymers aktivitet. De kan vara små hämmare eller andra proteiner. Bland peptidashämmare av proteinnatur finns de s k cystatinerna, som kan hämma två olika sorters cysteinepeptidaser (papain-liknande peptidaser och även legumain-peptidaser). Cystatiner finns överallt i högutveklade organismer, som människan, och även i växter och lågutvecklade organismer, som parasiter. Cystatiner binder till sina målenzymer på ett snabbt och starkt sätt utan att bli klyvda själva. På det viset kan de akut-neutralisera enzymaktivitet samt släppa loss enzymet när det behövs igen, eftersom cystatiner är reversibla hämmare. Det finns olika sorter cystatiner som delas i olika typer beroende på strukturella faktorer. De cystatiner som är av störst intresse i detta arbete är de av typ 2, som finns nästan exklusivt i det extracellulära utrymmet där de hämmar peptidaser som, av misstag, släppts ut ur cellerna. Även bland typ 2 cystatiner finns det mycket variation i affinitet, specificitet och lokalisering i kroppen. Denna variation speglas tydligt med upptäckten och karakteriseringen av cystatinerna E och F, som beskrivits i artiklarna I samt II i min avhandling. Ännu mer utmanande i min avhandlingsarbete har det varit att studera en nyupptäckt funktion hos cystatinerna, nämligen att de kan hämma enzymmet legumain hos däggdjur. I artiklarna III och V har jag kunnat bekräfta dennna nya funktion, lokalisera delen i cystatinerna som är inblandade i hämningen samt preliminärt fastställa de nödvändiga förutsättningarna för legumainhämningen. Detta fastslogs tack vare strukturbestämningen av humant cystatin D (artikel IV), som egentligen inte kan hämma legumain. Cystatin D:s struktur avslöjade dessutom ett, strukturmässigt, annorlunda hämningsställe för papain-liknande peptidaser vid jämförelse med strukturerna av andra cystatiner. På så sätt, kunde vi dra slutsatser om vad som gör en viss cystatin specifik för hämning av ett visst målenzym. Målet med min avhandling har varit att studera sambandet mellan funktionen och strukturen av humana typ 2 cystatiner i hoppet att kunna dra slutsatser om hur små strukturskillnader har påverkat deras evolution och speglats i deras affinitet och specificitet. Denna kunskap kan i framtiden bidra till utveckling och design av effektiva och specifika läkelmedel med nytta inom biomedicinen.