De dødelige hjernesykdommene Creutzfeldt Jakob hos menneske, kugalskap hos storfe og skrapesyke hos sau er såkalte prionsykdommer. Et av kroppens normale proteiner, prionproteinet (PrPC), foldes feil slik at det oppstår en sykdomsfremkallende form (PrPSc). Hva som skjer i denne prosessen er lite forstått selv etter flere års omfattende forskning.
Bildet illustrerer N2a-celler som transient uttrykker prionprotein (PrP) fra sau. Prionproteinet er tagget med grønt fluoriserende protein (GFP). Til venstre uttrykkes PrP på cellemembranen, mens det til høyre uttrykkes i cytoplasma.Bildet er tatt med 63x forstørring med et Zeiss laser konfokalmikroskop.
Foto: Christel Moræus Olsen |
Til tross for at PrP er et av de mest studerte proteinene i menneskets genom, er dets fysiologiske funksjon ennå ukjent. Den sykdomsfremkallende varianten PrPSc oppstår gjennom en endring i den strukturelle foldingen av PrPC.
Mer kunnskap om hvordan PrPC er uttrykt og håndtert i celler er nødvendig for å kunne forstå hvordan feilfoldingen av PrPC oppstår og hva det er som fører til at celler dør. Derfor har Christoffer Lund i sitt doktorgradsarbeid gjennomført detaljerte studier av sauens normale PrP i cellekultur. Ved hjelp av grønt fluoriserende protein (GFP) som er klonet inn i PrP, kan PrP i cellekultur studeres i mikroskop. I tillegg er det laget genetisk manipulerte varianter av PrP for å avdekke viktige forhold omkring lokaliseringen av PrP i celler og den enzymatiske kuttingen av PrP.
PrP kuttes normalt i flere fragmenter i løpet av sitt cellulære liv. Lund har studert en av disse kutteprosessene, α-kuttet. Hvor i cellen α-kuttet av PrP skjer og hva som er hensikten med den, er ukjent. Lund viser gjennom sine studier at PrP kuttes på samme sted, selv etter at aminosyresammensetningen ved kuttestedet er forandret. PrP kuttes også på samme sted uavhengig av om det er festet til yttersiden av cellemembranen eller om det befinner seg i cellens cytoplasma. Oppnådde resultater tyder på at kuttingen skjer på samme sted i PrP, men at ulike mekanismer ligger til grunn for kuttingen avhengig av den cellulære lokaliseringen av PrP.
Lokaliseringen av PrP i celler
Et lite forstått fenomen knyttet til PrP sin lokalisering i celler, er at PrP i enkelte celletyper plasseres i cellens cytoplasma istedenfor på cellemembranen der det mest sannsynlig utfører sin funksjon. En rådende teori for hvorfor proteiner finnes i cytoplasma i stedet for på cellemembranen, er at det foreligger en cellulær stresstilstand. PrP er dessuten vist å ha en ineffektiv signalsekvens sammenliknet med andre proteiner og kan derfor ha en redusert evne til å følge sin naturlige rute ut på cellemembranen også under normale cellulære forhold.
Christoffer Lund |
Lund viser i arbeidet sitt at en helt annen mekanisme som er knyttet til selve translasjonen av PrP også kan være årsak til at en andel av PrP-molekylene havner i cytoplasma. Gjennom studier av ulike muterte PrP varianter, viser Lund at en cytoplasmatisk variant av PrP kan oppstå etter at PrP-molekyler er blitt syntetisert fra et nedstrøms startkodon i PrP-genet. Resultatet av denne translasjonen er en forkortet form av PrP som mangler store deler av signalsekvensen og derfor havner i cellens cytoplasma.
Lund har gjennomført en detaljert karakterisering av et antistoff (3F4) som er mye benyttet innen prionforskningen. Han viser at kriteriene for at dette antistoffet skal binde seg til PrP er annerledes enn det man tidligere har antatt. Denne nye kunnskapen er av stor betydning for tolkningen av data hvor 3F4 er blitt benyttet.
Samlet bidrar resultatene fra dette arbeidet til økt forståelse av grunnleggende prosesser knyttet til PrP og ny innsikt i nytteverdien av fluorescensmerket PrP for studier av PrP i cellekultur. Andre utfordringer ved studier av proteiner i cellekultur er også synliggjort gjennom dette arbeidet.
Cand. scient. Christoffer Lund disputerte 3. desember 2009 for dr. philos. graden ved Norges Veterinærhøgskole med avhandlingen: ”Studies on fluorescently tagged Prion Protein in cell culture”
Personalia:
Christoffer Lund kommer opprinnelig fra Fredrikstad. Han tok sin cand. scient. grad ved Universitetet for miljø og biovitenskap (UMB, tidligere NLH) i 2004. Deretter har han vært ansatt som stipendiat ved institutt for Basalfag og Akvamedisin på Norges Veterinærhøgskole (NVH). Han har også i en kort tid vært engasjert som forsker ved det samme instituttet, før han ble ansatt som forsker i bioteknologifirmaet Regenics AS, hvor han i dag arbeider.