Cryo-elektronmikroskopistrukturen af ​​huntingtin

Mutationer på et enkelt gen, huntingtin -genet, er årsagen til Huntingtons sygdom. De fører til en forkert form af det korresponderende protein. Med hjælp fra kryo-elektronmikroskopi har forskere fra Max Planck Institute of Biochemistry i Martinsried og Ulm University nu afkodet den tredimensionelle, molekylær struktur af det sunde menneskelige huntingtin-protein. Dette muliggør nu dens funktionelle analyse. En forbedret forståelse af strukturen og funktionen af ​​huntingtinproteinet kan bidrage til udviklingen af ​​nye behandlingsmetoder i fremtiden.

Huntingtons sygdom begynder ofte med følelsesmæssige forstyrrelser og er karakteriseret ved ufrivillig muskelbevægelse og tab af mental evne. Indtil i dag, den neurologiske sygdom er en af ​​de arvelige sygdomme, der stadig er uhelbredelig og dødelig. Proteinet HTT, også kaldet huntingtin, spiller den centrale rolle i Huntingtons sygdom. I 25 år har det været kendt, at mutationer af huntingtin-genet, som er tegningen for det samme protein, forårsage Huntingtons sygdom.

Selvom forskere har arbejdet med det i mange år, der er stadig mange forhindringer at overvinde. Nu Rubén Fernández-Busnadiego fra Max Planck Institute of Biochemistry og Stefan Kochanek, leder af afdelingen for genterapi på Universitetshospitalet Ulm, har haft held med at afkode det molekylære, tredimensionel struktur af huntingtin-proteinet.

Stefan Kochanek og hans team har arbejdet med produktion og rensning af jagttin i lang tid. Hvad har forhindret en detaljeret analyse af proteinet i de seneste årtier? Fernández-Busnadiego, en ekspert i kryo-elektronmikroskopi, nævner to hovedfaktorer:"For det første, kryo-elektronmikroskopi er kun blevet optimeret i de senere år til at se på proteinstrukturer med næsten molekylær opløsning. Den anden grund er, at huntingtin-proteinet er meget fleksibelt i sin struktur. Lige nu, vi har også fundet en løsning på dette problem." Under analysen, billeder af proteinet tages fra forskellige perspektiver under mikroskopet. Den tredimensionelle molekylære struktur kan beregnes ud fra det store antal resulterende billeder. For det, proteinet skal altid være i samme konformation. Fernández-Busnadiego forklarer:"Dette ville ligne en person, der bliver fotograferet i mørket. Hvis personen ikke står stille i et stykke tid, billedet vil være sløret."

For at få et klart billede, forskerne i Kochanek-laboratoriet har ledt efter andre proteiner, der interagerer med huntingtin og stabiliserer det. Det virkede for proteinet HAP40. "Huntingtin i forbindelse med HAP40 er stabiliseret i en bestemt konformation. gennemsnit over mange billeder, vi var i stand til at udlede den tredimensionelle struktur, " sagde Kochanek. "Hvis vi forbliver i billedets analogi i mørket, så fungerer proteinet som en stol for den fotograferede person. Sidder på den, personen bevæger sig meget mindre, og billedet er meget skarpere med den samme eksponeringstid, " tilføjer Fernández-Busnadiego.

"Selvom vi i nogen tid har vidst, at mutationen af ​​huntingtin-genet har alvorlige konsekvenser, vi ved stadig relativt lidt om funktionen og opgaverne for det sunde protein, " forklarer Kochanek. Proteiner er cellens molekylære maskiner. For at udføre deres alsidige opgaver, de har en vis tredimensionel struktur, ligner en bestemt komponent i en maskine. "Nu hvor vi kender den nøjagtige struktur af huntingtin, vi kan yderligere undersøge, hvilke områder af huntingtin der er særligt vigtige, og hvordan andre proteiner fungerer sammen med huntingtin. På denne måde kunne strukturer udledes at være målrettet terapeutisk af visse lægemidler."

Lige nu, der sker meget inden for forskningen i Huntingtons sygdom. Stort håb er rettet mod en metode, som dæmper huntingtin-genet med såkaldte Antisense-Oligonucleotider til behandling af Huntingtons sygdom. Disse små molekyler reducerer dannelsen af ​​huntingtin-proteiner i cellerne, men stoffet kan ikke skelne mellem det normale og det patologisk ændrede huntingtin-protein. Også af denne grund, det er vigtigt at lære mere om funktionen af ​​det sunde huntingtin-protein. Kochanek ser selvsikkert ind i fremtiden:"Den afkodede struktur vil bringe os et stort skridt foran".

"Antisense-oligonukleotidbehandlingsforsøgene udføres i øjeblikket kun på meget få klinikker. Den neurologiske universitetsklinik Ulm leder lægemiddeltestningen for Tyskland. Nogle af de i øjeblikket gennemgåede antisense-oligonukleotider reducerer både dannelsen af ​​det normale og mutante huntingtin-protein, mens andre overvejende søger at sænke den ændrede huntingtin. Det er i øjeblikket uklart, om en delvis inhibering af dannelsen af ​​normalt huntingtinprotein har ulemper og tolereres uden uønskede bivirkninger. Dette er endnu en grund til, at det er vigtigt at lære mere om huntingtin-proteinets normale funktion. Til denne ende, undersøgelsen vil give et vigtigt bidrag, "siger Bernhard Landwehrmeyer, direktøren for Huntington-ambulatoriet på Neurologisk Afdeling ved University Medical Center Ulm.