Att använda små fällor för att studera proteininteraktioner kan ge nya insikter om svårbehandlade sjukdomar

Proteiner som bildar klumpar finns i många svårbehandlade sjukdomar som ALS, Alzheimers och Parkinsons. Mekanismerna bakom hur proteiner interagerar med varandra är svåra att studera, men nu har forskare vid Chalmers tekniska högskola upptäckt ett nytt sätt att fånga många proteiner i nanostora fällor. Inne i fällorna kan proteinerna undersökas på sätt som tidigare inte varit möjliga.

– Vi tror att vår metod har stor potential att förbättra förståelsen för tidiga och farliga processer i en rad olika sjukdomar och i slutändan leda till insikter om hur läkemedel kan motverka dem, säger Andreas Dahlin, professor vid Chalmers högskola som ledde forskningsprojektet. .

Forskningen presenterades i den vetenskapliga artikeln “Stable capture of multiple proteins under physiological conditions using nanoscale chambers with macromolecular gates” publicerad nyligen i Naturkommunikation.

Proteiner som bildar klumpar i våra kroppar orsakar en mängd olika sjukdomar, inklusive ALS, Alzheimers och Parkinsons. En bättre förståelse för hur klumpar bildas kan leda till effektiva sätt att bryta upp dem tidigt eller till och med förhindra att de bildas helt och hållet. Idag finns det olika tekniker för att undersöka de senare stadierna av processen, när klumparna har blivit stora och bildat långa kedjor. Men hittills har det varit svårt att spåra deras tidiga utveckling när de är väldigt små. Dessa nya fällor kan nu hjälpa till att lösa detta problem.

Forskarna beskriver sitt arbete som världens minsta portar som kan öppnas och stängas med en knapptryckning. Grindarna blir fällor som fångar proteinerna i nanoskaliga kammare. Proteinerna förhindras från att fly, vilket förlänger observationstiden på denna nivå från en millisekund till minst en timme. Den nya metoden tillåter också att flera hundra proteiner innesluts i en liten volym, en viktig egenskap för ytterligare förståelse.

“De klumpar vi vill se och bättre förstå består av hundratals proteiner. Så om vi vill studera dem måste vi kunna fånga så stora mängder. Den höga koncentrationen i den lilla volymen gör att proteinerna naturligt kolliderar med varandra, vilket är en stor fördel med vår nya metod, säger Dahlin.

För att tekniken ska kunna användas för att studera utvecklingen av specifika sjukdomar krävs vidareutveckling av metoden. “Fällorna måste skräddarsys för att locka till sig de proteiner som är associerade med den specifika sjukdomen du är intresserad av. – Vi arbetar just nu med att planera vilka proteiner som är bäst lämpade för studier, säger Dahlin.

Så här fungerar de nya fällorna

Portarna som forskarna tagit fram består av så kallade polymerborstar som är placerade vid mynningen av nanometerstora kammare. Proteinerna som ska undersökas är i en flytande lösning och attraheras efter en speciell kemisk behandling till kamrarnas väggar. När portarna är stängda kan proteinerna lossna från väggarna och börja röra sig mot varandra.

Fällorna låter dig undersöka enskilda klumpar av proteiner, vilket ger mycket mer information än att undersöka många klumpar samtidigt. Till exempel kan klumparna bildas av olika mekanismer och ha olika storlekar och olika strukturer. Sådana skillnader kan endast observeras genom att analysera dem individuellt.

I praktiken kan proteinerna hållas kvar i fällorna under nästan hur länge som helst. Tiden är dock för närvarande begränsad av hur lång tid den kemiska markören de måste ges för att bli synliga finns kvar. I studien lyckades forskarna behålla synen i upp till en timme.