Mystery-gen modner skelettet af cellen

"Jeg er en professionel pin-i-en-høstak-søger," svarer genetiker Thijn Brummelkamp, ​​da han bliver spurgt, hvorfor han udmærker sig ved at opspore proteiner og gener, som andre mennesker ikke fandt, på trods af at nogle har formået at forblive uhåndgribelige for f.eks. længe som 40 år.

Hans forskergruppe ved det hollandske kræftinstitut har endnu en gang formået at opspore et af disse "mysteriegener" - genet, der sikrer, at den endelige form af proteinet actin skabes, en hovedkomponent i vores celleskelet. Disse resultater blev offentliggjort i dag i Science .

Cellebiologer er meget interesserede i actin, fordi actin - et protein, som vi producerer mere end 100 kg af i vores levetid - er en hovedkomponent i celleskelettet og et af de mest udbredte molekyler i en celle. Store mængder kan findes i enhver celletype og det har mange formål:det giver form til cellen og gør den fastere, den spiller en vigtig rolle i celledelingen, den kan drive celler fremad og giver styrke til vores muskler.

Mennesker med defekte actinproteiner lider ofte af muskelsygdomme. Man ved meget om aktins funktion, men hvordan den endelige form af dette vigtige protein er lavet, og hvilket gen ligger bag det? "Vi vidste det ikke," siger Brummelkamp, ​​hvis mission er at finde ud af vores geners funktion.

Genetik i haploide humane celler

Brummelkamp har udviklet en række unikke metoder til dette formål i løbet af sin karriere, som gjorde det muligt for ham at være den første til at inaktivere gener i stor skala til sin genetiske forskning i menneskelige celler for tyve år siden. "Man kan ikke krydse folk som frugtfluer og se, hvad der sker."

Siden 2009 har Brummelkamp og hans team brugt haploide celler - celler, der kun indeholder en kopi af hvert gen i stedet for to (en fra din far og en fra din mor). Selvom denne kombination af to gener danner grundlaget for hele vores eksistens, skaber den også uønsket støj, når man udfører et genetikeksperiment, fordi mutationer normalt forekommer i kun én version af et gen (den fra din far, for eksempel) og ikke den anden.

Sammen med andre forskere bruger Brummelkamp denne multifunktionelle metode til at finde de genetiske årsager til særlige tilstande. Han har allerede vist, hvordan ebola-virussen og en række andre vira samt visse former for kemoterapi formår at trænge ind i en celle. Han undersøgte også, hvorfor kræftceller er resistente over for visse typer terapi, og opdagede et protein, der findes i kræftceller, og som virker som en bremse på immunsystemet. Denne gang gik han på udkig efter et gen, der modner aktin – og som et resultat cellens skelet.

På jagt efter saks

Før et protein er helt "færdigt" – eller modent, som forskerne beskriver det i Science -og fuldt ud kan udføre sin funktion i cellen, skal den normalt strippes for en specifik aminosyre først. Denne aminosyre skæres derefter fra et protein med en molekylær saks. Det er også det, der sker med actin. Det var kendt på hvilken side af actinet den relevante aminosyre er afskåret. Det lykkedes dog ingen at finde det enzym, der fungerer som saks i denne proces.

Peter Haahr, postdoc i Brummelkamps gruppe, arbejdede på følgende eksperiment:Først forårsagede han tilfældige mutationer (fejl) i tilfældige haploide celler. Derefter udvalgte han cellerne, der indeholdt det umodne actin, ved at tilføje et fluorescensmærket antistof til hans celler, der passer på det nøjagtige sted, hvor aminosyren er afskåret. Som et tredje og sidste trin undersøgte han, hvilket gen der muterede efter denne proces.

De kaldte det 'ACTMAP'

Så kom "eureka"-øjeblikket:Haahr havde sporet den molekylære saks, der skar den essentielle aminosyre fra actin. Disse sakse viste sig at være styret af et gen med en hidtil ukendt funktion; en ingen forsker nogensinde havde arbejdet med. Det betyder, at forskerne selv kunne navngive genet, og de slog sig ned på ACTMAP (ACTin MAturation Protease).

For at teste, om mangel på ACTMAP fører til problemer i levende ting, slukkede de genet hos mus. De observerede, at actinet i celleskelettet af disse mus forblev ufærdigt, som forventet. De var overraskede over at opdage, at musene holdt sig i live, men led af muskelsvaghed. Forskerne udførte denne forskning sammen med forskere fra VU Amsterdam.

ACTMAP er ikke det første mystiske gen opdaget af Brummelkamp, ​​som spiller en rolle i vores celleskeletfunktion. Ved hjælp af samme metode har hans gruppe været i stand til at opdage tre ukendte molekylære sakse i løbet af de seneste år, der skærer en aminosyre fra tubulin, den anden hovedkomponent i celleskelettet. Disse saks tillader tubulin at udføre sine dynamiske funktioner korrekt inde i cellen. Den sidste saks (MATCAP) blev opdaget og beskrevet i Science dette år. Gennem dette tidligere arbejde på celleskelettet lykkedes det Brummelkamp at nå frem til aktin.

Mission:kortlægning af alle 23.000 gener

"Desværre fortæller vores nye opdagelse om actin os ikke, hvordan vi kan helbrede visse muskelsygdomme," siger Thijn Brummelkamp. "Men vi har givet ny grundlæggende viden om celleskelettet, som kan være nyttig for andre senere."

Desuden kan Brummelkamp, ​​hvis mission er at kunne kortlægge funktionen af ​​alle vores 23.000 gener en dag, sætte kryds ved endnu et nyt gen af ​​sin gigantiske liste. Vi ved jo ikke, hvad halvdelen af ​​vores gener gør, hvilket betyder, at vi ikke kan gribe ind, når noget går galt. + Udforsk yderligere

Proteins 'stille kode' påvirker, hvordan celler bevæger sig